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Procédé de stérilisation de produits laitiers La présente invention se rapporte à un procédé de stérilisation du lait complet ou écrémé, de lait condensé ou de crème.
Jusqu'ici, dans la plupart des procédés de traitement des produits laitiers par la chaleur on n'a pas tenu compte des différences existant entre les divers constituants nutritifs du produit laitier en ce qui concerne leur réaction à la chaleur. Les spécialistes de la laiterie ,n'ignorent pas que le lait contient parmi ses divers constituants des composés nutritifs tels que Eau. Protéines,comme la caséine, la lactalbumine, la lac- toglobuline.
Vitamines. Gaz.
Graisses du lait. Lactose (sucre de lait). Cendres du lait. Pigments.
Enzymes. Matières cellulaires.
Chacun de ces constituants nutritifs réagit diffé- remment à l'influence ou l'effet des diverses relations temps/température de sorte qu'un procédé quelcon- que de traitement de produits .laitiers par la chaleur en vue de leur stérilisation doit tenir compte des caractéristiques de chacun de ces constituants nutri- tifs et des micro-organiques vivantes quelconques
comme les .bactéries, les moisissures et des levures présentes dans le produit laitier non stérile, et de la réaction de chacun d'eux aux divers degrés de température et aux diverses durées des traitements thermiques. Pour satisfaire à la demande des consommateurs les produits laitiers stérilisés doivent conserver toutes les propriétés et les caractéristiques désirables du produit laitier non stérile pour ce qui concerne la saveur, la stabilité, la consistance, la couleur, etc.
Les ,procédés antérieurs de traitement .thermique pour effectuer la stérilisation sont tels qu'ils affec- tent défavorablement diverses -propriétés et caracté- risfques désirables du produit laitier, particulière- ment pour ce qui concerne sa saveur naturelle.
On a donc cherché à fournir un procédé de sité- rilisation par la chaleur de produits laitiers selon lequel on effectue une stérilisation sensiblement com- plète sans affecter de manière nuisible ses propriétés ou caractéristiques naturelles et normales.
La préservation de la qualité du produit laitier implique non seulement une relation appropriée temps/température pour en effectues la stérilisation, mais encore les .actions et réactions de ses divers constituants qui peuvent en affecter la saveur.
Les spécialistes savent ainsi que deux des responsables principaux du brunissement des produits laitiers dans le traitement -thermique .sont le lactose et la caséine. Aucun de ces constituants, chauffé seul, ne brunit facilement mais ils brunissent quand on les chauffe ensemble.
Les spécialistes eux-mêmes de la chimie du lait n'ont pas élucidé complètement toutes les Tela- tionsentre les divers constituants du ,lait. On sait, toutefois, depuis longtemps que itout traitementther- mique qui nuit à l'un -quelconque des constituants du produit laitier peut altérer la qualité de .celui-ci et diminuer son acceptation .par le consommateur.
Ainsi la présente invention se ,propose-t=eille également de fournir un procédé de stérilisation par la chaleur des produits laitiers énumérés plus haut ne nuisant à ,aucun de ses constituants et spécialement conforme aux relations suivantes
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1) Organsmzs vivants :
la relation temps/tempéra- ture utilisée pour effectuer une stérilisation sensiblement complète est 149 C pendant 0,8 seconde 143e C pendant 5 secondes 138e C pendant 15 secondes 127e C ,pendant 120 secondes 2) Enzymes.
La relation temps/température appliquée pour effectuer une désactivation sensiblement complète des enzymes présentes dans le lait traité est la suivante 149e C pendant 1,5 seconde 146e C pendant 2,8 secondes 143e C pendant 4,8 secondes 140,
5e C pendant 8 secondes 138e C pendant 18 secondes L'efficacité de la relation temps/tempéxature spécifiée ci-dessus pour ce qui concerne la désactivation de la lipase est largement déterminée par le degré auquel la teneur en matières grasses du produit laitier est abaissé pour exposer ainsi la lipase à un rapport direct d'échange de chaleur .avec le milieu stérilisant.
3) Coagulation. Plus le produit laitier est soumis à une température élevée, plus il a tendance à coaguler, cette coagulation .provenant de la combinaison de la caséine, du sucre du produit laitier et des portions de petit-lait de la -teneur en protéine du produit laitier.
Cette coagulation provoque une augmentation indésirable de la viscosité du produit laitier et donne une perte de saveur nuisible. Pour éviter cette coagulation, il a été déterminé que le rapport temps température ne devait pas dépasser les limites suivantes 121 e C pendant environ 120 secondes 149e C pendant environ 3 secondes 154e C pendant environ 1 seconde.
4) Sulfhydriles. Les recherches les plus récentes sur la saveur du produit laitier ont révélé que la saveur de cuit du produit laitier chauffé est due en grande .partie à la mise en liberté des sulfures du produit laitier.
Les sulfhydriles se forment par la dégradation ou la dénaturation de la portion de petit-lait des pro- téines du produit laitier, en particulier la P-globuline, et on a découvert que cette dégradation s'amorçait par un chauffage du produit laitier à une température de 77e C au plus.
L'intensité de la saveur de cuit augmente ,avec la température appliquée dans le traitement thermique en fonction du nombre de groupes sulfhydriles activés, du degré d'oxydation des groupes sulfhydriles par l'oxygùne atmosphérique et du degré de l'action irréversible des groupes sulf- hydrâes sur d'autres constituants du lait.
En tenant compte de ce qui précède, le procédé de stérilisation selon l'invention, est caractérisé en ce qu'on soumet le lait complet ou écrémé, le lait condensé ou la crème sous forme d'une mince pellicule mobile à un échange de chaleur direct par contact avec un milieu gazeux fortement chauffé ayant une température permettant -d'élever la température de chacune .des particules du produit laitier à une température jusqu'à 149e C,
en ce qu'on maintient le produit laitier à ladite température pendant une durée allant d'une seconde et demie à trois secondes, et .en ce qu'ensuite on réduit instantanément la température du produit laitier.
Dans le dessin annexé, on a représenté, d'une manière plus ou moins schématique, un appareil pouvant être utilisé pour mettre en oeuvre le ,procédé selon l'invention.
La fig. 1 est un schéma de circulation représentant un appareil susceptible d'effectuer les diverses opérationu du procédé selon l'invention.
La fig. 2 est une vue fragmentaire montrant l'usage d'un homogénéis.eur intercalé entre le pré- chauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée et le stérilisateur.
La fig. 3 est une vue fragmentaire montrant une installation clans laquelle un homogénéiseur est disposé entre le préchauffeur ou pasteurisateur instanta- né et le stérilisateur et comportant un système de robinets en vue du passage de la matière mobile soumise à la stérilisation directement du préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée au st6rifi- sateur dudit préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée à travers l'homogénéiseur dans le stérilisateur, au choix.
Suivant le mode de .réalisation représenté à la fig. 1, la pompe à engrenages 1 recevant le produit laitier d'une source quelconque appropriée l'envoie sous pression dans le préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée 2,
de construction quelconque préférée ou usuelle susceptible d'élever la température du produit laitier à une valeur -par exemple de 63e C et ne dépassant pas 74e C le produit laitier préchauffé est refoulé par la pompe 1 à travers le préchauffeur ou l'appareil de pasteurisation instantanée 2 et par un tuyau ou conduit 3 à la partie supérieure d'un :
stérilisateur 4 comportant plusieurs plaques 5 parallèlement et verticalement disposées au sommet desquelles le produit laitier est chargé en un courant égal et uniforme descendant sur la surface desdites plaques jusqu'à leur base de manière à former une pellicule .mince et uniforme. En quittant les bords inférieurs des plaques 5, le produit laitier tombe dans un puisard 6 consistant en un tuyau relativement court d'un diamètre rela- tivement faible,
par exemple un diamètre intérieur de l'ordre de 37,5 mm. Le .niveau du liquide présent dans le puisard 6 est réglé .par un moyen approprié et ce puisard et le liquide qu'il contient constituent un joint liquide, qui empêche efficacement la décharge de la vapeur d'eau ou autre milieu de ,traitement gazeux fortement chauffé provenant du stérili- sateur 4 avec le lait en traitement qui y est contenu.
Comme 1e montre la fig. 2, on peut insérer ou monter, entre le préchauffeur ou l'appareil de pas- teurisation instantanée 2 et le stérilisateur 4, un ho- mogénéiseur 7 de toute construction usuelle ou pré-
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férée susceptible d'effectuer l'homogénéisation du produit laitier soumis au traitement,
cet homogénéi- seur 7 étant également susceptible d'opérer comme une pompe pour aspirer le produit laitier préchauffé du préchauffeur ou de l'appareil de pasteurisation instantanée 2 et l'envoyer sous pression dans le sté- rilisateur 4.
Quand on utilise un homogénéiseur 7, la température du produit laitier quittant le préchauf- feur ou -l'appareil de pasteurisation instantanée 2 ne doit pas dépasser environ 680 C, de manière que la température conférée au produit laitier par ledit ho- mogénéiseur (augmentation de température qui est inhérente au fonctionnement de l'homogénéiseur) n'élève pas la température :totale du .produit laitier à un point dépassant environ 740 C :
au moment où le produit laitier entre dans l'appareil de stérilisa- tion 4.
Comme le montre la fig. 3, on peut également insérer ou monter entre le préchauffeur ou l'appareil de pasteurisation instantanée 2 et le stérilisateur 4, un homogénéiseur 7 du :type :
représenté fig. 2 et de disposer un robinet 8 avec un tuyau 9 pour faire passer le produit laitier ad libitum dans l'homogén6i- seur ou .lui faire contourner celui-ci et d'envoyer directement du préchauffeur ou appareil de pasteuri- sation instantanée 2 dans le stérilisateur 4.
Dans la forme de l'appareil .représenté sur la fig. 3, l'envoi du produit ,laitier au préchauffeur ou .appareil de pasteurisaton instantanée 2 est réglé par un robinet à trois voies 10 qui, dans une position envoie le produit laitier à l'entrée de la pompe à engrenages 1 et, dans une autre position,
le détourne de cette pompe et l'envoie de sa source au préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée 2 par un conduit 11.
Quand on toume le robinet à une troisième position, l'arrivée du produit laitier est arrêtée complètement. Le robinet 8 est également du type à trois voies et, dans une position, assure le passage du produit laitier venant du préchauffeur ou :appareil de pasteuri- sation instantanée 2 à l'homogénéiseur 7 et dans une autre position détourne le produit laitier de l'homo- g6néiseur 7 et en dirige :
le courant du préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée 2 dans 4e stérilisateur 4. Quand ledit robinet est placé dans une troisième ,position, l'arrivée du produit laitier au stérilisateur est complètement ,arrêtée.
Il ,résulte de la description ci-dessus et de la fig. 3 du dessin annexé que quand on utilise l'homogénéiseur 7, il n'est pas nécessaire d'utiliser la pompe 1, auquel cas le robinet 10 est réglé de manière à court-circuiter ladite pompe et à charger le produit laitier par le conduit 11, et le robinet 8 est manaeuvré de manière à envoyer le produit laitier dans le préchauffeur ou appareil de pasteurisation :instantanée 2 et l'homogé- néiseur 7 ;
l'homogénéiseur 7, outre son rôle homogénéisant, sert de pompe pour aspirer le produit .laitier de sa source par le préchauffeur ou .l'appareil de pasteurisation instantanée 2 et le refouler sous pression dans le stérilisateur 4.
Le stérilisateur 4 :est construit de manière telle que le produit laitier préchauffé y est réparti de ma- nière à s'écouler sensiblement en totalité en descendant le long des surfaces des plaques verticales et parallèles espacées 5 sous forme d'une mince pelli- cule d'une épaisseur sensiblement uniforme et qui couvre complètement les surfaces
desdites plaques, le produit laitier étant ainsi soumis .au cours de sa descente à un contact direct de surface et à un échange de chaleur avec le milieu de traitement gazeux fortement chauffé, par ,exemple de la vapeur, dont la .température et la pression efficaces sont suffisantes pour porter chaque particule du produit laitier à la température de 1490C.
Pour effectuer la stérilisation des produits laitiers conformément au procédé salon l'invention on peut procéder par exemple, comme suit On envoie le produit laitier :dans le stérilisateur 4 un milieu de traitement gazeux fortement chauffé tel que de la vapeur d'eau provenant d'une source ap- propriée par le :
robinet d'entrée 12 à une température et sous une pression qui dépendent du carac- tère du produit laitier soumis au traitement mais sont toujours suffisamment élevées et réparties dans ledit stérilisateur pour y créer intérieurement une température .constante effective de 1490 C et une pression légèrement inférieure à la pression conférée au produit laitier par la pompe à engrenages 1 ou
l'homogénéiseur 7, selon le moyen par lequel il est chargé sous pression dans le stérilisateur 4. Le produit laitier passe par .le stérilisateur 4 selon un débit réglé qui est déterminé dans une large mesure par la longueur verticale des plaques 5, débit qui assure une élévation de chacune des particules du .produit laitier à une température de 149 C-pendant au moins 1,
5 seconde et qui ne soumet pas le produit laitier à cette température de 149o C pendant un temps qui dépasse trois secondes environ. Cette rdlation spécifique temps/température est maintenue avec soin et précision par un mécanisme de réglage approprié sensible à la température d'un modèle quelconque préféré ou usuel,
de manière qu'à aucun moment de l'écoulement ou du passage du produit laitier dans le stérilisateur 4 les particules du pro- duit laitier ne soient portées à une température dé- passant 1490 C.
Le produit laitier à cette température de 1490 C passe du puisard 6 par un tuyau relativement court 13 relié à une extrémité à la base dudit puisard et à l'autre extrémité à l'entrée d'une vanne 14 de cons- truction spéciale immédiatement contiguë à une chambre à vide 15 et ayant son extrémité de sortie reliée directement à ladite chambre à vide.
On se rend facilement compte que le puisard 6 et le tuyau 13 constituent en réalité une .partie du stérilisateur 4 et que S'extrémité dudit tuyaux reliée à la vanne 14 constitue en fait l'extrémité de sortie du stérilisateur.
Cette vanne a un triple but: d'abord régler da pression et maintenir chaque .particule du produit laitier sous une pression uniforme entre de moment
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où il pénétre .dans le stérilisateur 4 et le moment où il passe par cette vanne dans la chambre à vide 15 ;
en second lieu elle agit comme soupape de réduction de pression -du .produit laitier au moment où il passe de .l'extrémité de décharge du stédlisateur 4 dans la chambre à vide 15 ; en troisième lieu, elle sert à maintenir ,un niveau du produit laitier :déterminé à l'avance dans le puisard 6.
Pour effectuer cette der- ni'ere fonction ladite vanne 14 peut âtre du type à commande par moteur électrique, de fonctionnement étant commandé par une paize d'électrodes vertica- lement espacées 16 et 17 disposées dans le puisard 6 et reliées aux bornes du moteur de ladite vanne res- pectivement par les conducteurs 18 et 19, ce :
type de régulateur de niveau liquide â électrovanne étant connu dans l'industrie .depuis longtemps.
La chambre à vide 15 est d'une construction quelconque préférée ou usuelle et elle est maintenue sous un vide suffisant .pour .réduire :instantanément la température du produit laitier au moment où il entre dans la chambre à vide à une température infé- rieure.à 77 C et de préférence à 540C.
Le produit laitier est soutiré de la base de la chambre à vide 15 au moyen d'une pompe appropriée 20, de préférence du type à vis, et est refoulé par ladite :pompe dans un réfrigérant ou autre appareil de traitement préparatoire au -passage à la machine à mettre @en bouteilles, en boites ou en étuis de carton. Les vapeurs qui s'accumulent à la sortie supérieure de la chambre à vide 15 s'en échappent ,au sommet par un tuyau 21,
cependant que la vapeur d'eau et les vapeurs présentes dans le stérilisateur 4 quittent ledit stérilisateur par un tuyau 22 à soupape pour ,aboutir au préchauffeur ou appareil de pasteurisation ,instan- tanée 2, à la chemise ou aux serpentins de chauffage de la chambre à vide 15 ou à quelque autre point d'utilisation.
Bien que dans la description précédente, on ait envisagé le préchauffage du :produit laitier, on doit noter qu'il n'est pas essentiel, mais qu'il est très désirable. En son absence, il ,faut beaucoup plus de soin, de précautions cet de réglage pour la mise en oauvre du .procédé en vue d'assurer une stérilisation :
appropriée et la production d'un produit laitier uni- forme et commercialement acceptable. Le produit laitier introduit dans le stérilisateur 4 à une température basse ou variable exige l'application d'une température effective plus élevée dans le stérilisa- teur et nécessite le réglage du débit du produit laitier et du volume et de la température de la vapeur pour assurer l'obtention d'un produit :
uniforme et commercialement acceptable. Ainsi, il est préférable de préchauffer le produit laitier en utilisant un préchauf- feur ou appareil de pasteurisation instantanée 2, avec ou sans homogénéiseur 7, pour préchauffer le produit laitier à une température ne dépassant pas 740 C car ,
aux températures supérieures l'albumine du produit -laitier si elle est maintenue à une température supérieure à 740 C pendant plus de trente secondes environ commence à se coaguler et il se forme des sulfhydriles à .partir d'une ou de plusieurs des protéines du produit laitier, en particulier de la P-lacto-globuline.
Bien qu'on ait décrit l'usage d'un homogénéiseur avant l'entrée du produit laitier :dans le .stérilisateur 4, l'usage d'un tel dispositif n'est pas nécessaire quand on :stérilise par la chaleur un produit laitier exempt de matières grasses, par exemple du lait écrémé.
L'usage de l'homogénéiseur 7 est tr s recommandé pour deux raisons, d'abord pour charger dans le stérilisateur 4 une masse homogène au lieu d'une masse non équilibrée @du produit laitier soumis au traitement, ensuite pour exposer au traitement par la chaleur subséquent une plus grande :surface de corps gras du produit laitier et assurer ainsi une désactivation maxima des enzymes.
On notera ;partieuliùrement dans le fonctionne- ment du procédé décrit qu'aucune des particules du produit laitier à un moment quelconque :au cours de son introduction ou de ;son passage dans le stérilisa- teur 4 ne se trouve en contact avec une surface dont la température est supérieure à celle du produit laitier lui-même.
C'est là une caractéristique :tout à fait distinctive relativement aux procédés antérieurs, dans lesquels le produit laitier vient en contact avec des plaques chauffées ou s'écoule dans des tubes chauffés qui sont toujours maintenus à ou acquièrent une température .supérieure à la température du produit laitier.
Dans ces dispositifs antérieurs certaines des particules du produit laitier sont invariablement chauffées ou portées à des températures dépassant 1490 C, ce qui provoque la coagulation, l'apparition d'une saveur de cuit, .1e brunissement, l'agglomération, etc.
Le procédé décrit comporte également des avan- tages nets sur les anciens procédés à plaques ou tubes chauds, les procédés par :injection de vapeur d'eau, les procédés de chauffage par pulvérisation ou tous autres procédés connus.
Nombre de ces .anciens procédés et en particulier les procédés utilisant des réchauffeurs tubulaires ou à plaques fonctionnent en circuit fermé, dans lequel les divers gaz et vapeurs formés dans et à partir du produit laitier par suite du chauffage ne s'échappent pas du produit laitier, y sont retentis et nuisent ainsi à sa saveur. L'us:
age d'atomiseurs sous forte pression de vapeur d'eau ou de stérilisateurs du type à injection, selon les anciens procédés, produit -un .chauffage instantané du produit laitier, de sorte que la durée de maintien en température est insuffisante pour effectuer une désactivation totale des enzymes. Quand il sort à la fois de la vapeur d'eau et du :
produit laitier de l'ex- trémité de décharge du stérilisateur à injection de vapeur antérieur, qui passent dans la chambre à vide, il se produit des surchauffes excessives qui provoquent une coagulation indésirable de la caséine, du sucre du produit laitier et des portions de petit- lait contenues dans les protéines.
Dans les :procédés usuels de chauffage par pulvérisation dans lesquels le produit laitier est pulvérisé dans une chambre for-
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tement chauffée sous pression,
de milieu de chauffage se mélange inégalement .avec les particules in- dividuelles du produit laitier et celui-ci a une tendance marquée à coller aux .parois chaudes de la chambre de pulvérisation. De plus le procédé usuel par pulvérisation n'est .pas entièrement satisfaisant du point de vue pratique dans l'industrie, en raison de ce que le produit laitier et le milieu chauffant sont déchargés par un orifice commun,
ce qui nécessite une séparation subséquente et conduit à des pertes par entraînement.
Le fait que le produit laitier est maintenu à la température de 149 C, pendant ,au minimum une seconde et demie, assure non .seulement une dés.ac- tivation sensiblement complète des enzymes conte- nus dans le produit laitier, mais encore sa stérilisa- tion sensiblement totale.
Le produit laitier est déchargé du stérilisateur 4 en trois secondes au maximum, ce qui évite à la fois une coagulation excessive et la formation de sulfhydr .iles. L'absence totale de sulfhydriles dans le produit stérilisé par le procédé selon l'invention montre de manière concluante qu'il n'y a pas d'altération nuisible de la teneur en protéine du .produit laitier,
facteur qui contribue dans une large mesure à la production d'un produit laitier stérilisé possédant un degré élevé de stabilité ou de durée de conservation. Le passage du produit laitier dans le stérilisateur 4 sur les plaques parallèles 5 disposées verticalement et espacées assure l'écoulement doux et régulier du produit laitier, sans agitation et tend à en préserver la stabilité naturelle.
L'agitation au cours du chauffage provoque une coagulation visible plus facilement et plus rapidement que dans le cas où le produit laitier est chauffé avec un mini- mum d'agitation.
Le fait que dans le présent procédé le produit laitier et le milieu chauffant sont déchargés du stérilisateur par des orifices séparés constitue une caractéristique importante de finvention, comme également le fait que la température du produit laitier .au moment où il quitte l'extrémité de décharge du stérilisateur est instantanément réduite dans la chambre à vide à une température qui ne nuit pas .au produit laitier.