Procédé de fabrication de pâtes à fromage et caillés de lait, et appareil pour la mise en ouvre dudit procédé Il est bien connu que la fabrication de pâtes en fro magerie se réalise généralement par la provocation, par la présure, d'une action enzymatique sur la caséine du lait, puis une coagulation de la caséine modifiée, qui s'effectue à la fois par apport de calcium ionique au complexe protéique et par acidification du milieu grâce à la présence de souches sélectionnées de ferments lac tiques également introduits, qui accélère le processus de coagulation, ces ferments conférant par ailleurs à la pâte les propriétés organoleptiques recherchées.
Ce processus est susceptible d'être nettement dis socié, l'action enzymatique pouvant d'abord indépen damment s'effectuer à basse température, puis la coagu lation être ensuite déclenchée rapidement à température plus élevée, ce qui comporte toutefois le risque d'aboutir à une modifification du grain.
Les différentes caractéristiques de ces opérations ren dent difficile la mise au point d'un procédé réellement continu, qui s'accommode mal notamment de l'emprésu- rage et de l'égouttage, et elles entraînent divers autres inconvénients.
Parmi ceux-ci, il faut souligner les aléas dus à la nécessité de modifier les doses de présure en fonction de la qualité du lait traité, des problèmes d'emballage et de pertes de caséine résultant de l'action synérétique de la présure qui se prolonge après l'égouttage, et les diffi cultés d'obtenir une acidité finale constante, qui dépend du pouvoir acidifiant des germes lactiques.
A côté de ces inconvénients, les procédés de fabri cation actuels limitent à quelques types de pâtes les pro duits obtenus.
La présente invention a pour objet un nouveau pro cédé de fabrication de pâtes à fromage et caillés de lait, dans lequel on soumet le lait, soit directement, soit après fermentation préalable à une électrodialyse acidifiante jusqu'à ce que l'acidité atteigne une valeur inférieure à celle qui correspond au point de rupture isoélectrique de la caséine, puis on sépare le caillé obtenu du sérum.
Ce procédé, avantageusement combiné à une centri fugation postérieure à ces opérations, outre qu'il est sus ceptible de s'adapter à un fonctionnement en continu, permet d'éviter les inconvénients précédemment évo qués, et offre encore divers autres avantages.
Son objet est différent de ceux des procédés d'élec- trodialyse appliqués seulement jusqu'ici aux sérums de fromagerie, visant à une simple déminéralisation de ces sérums.
De plus, la présente invention a pour objet un appa reil pour la mise en ouvre dudit procédé, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins un com partiment destiné à recevoir le lait à traiter et qui est séparé, par des membranes de dialyse, de comparti ments latéraux destinés au passage des liquides soumis à l'action d'électrodes.
Deux électrodes peuvent être situées dans les compar timents latéraux qui contiennent de préférence de l'eau, dont les débits peuvent être réglés séparément à volonté.
Dans certaines limites compatibles avec la vitesse de l'électrodialyse, vitesse essentiellement fonction des paramètres électriques et géométriques imposés au sys tème, le signe de la valeur algébrique de la différence entre ces débits d'eau détermine, par le jeu d'actions divergentes sur le transport, l'élimination ou les trans formations des espèces ioniques en cause, une variation de pH du lait traité qui évolue vers l'acidité ou l'alcali nité croissante de ce lait, selon que ce signe est positif respectivement pour le compartiment cathodique ou pour le compartiment anodique.
Par un réglage convenable des différents facteurs intervenant dans l'électrodialyse, et plus particulièrement en alimentant le compartiment cathodique par un cou rant d'eau de débit plus grand que celui du comparti- ment anodique, les deux débits restant dans certaines limites compatibles avec les autres conditions imposées, le passage du courant électrique se traduit alors essen tiellement par un accroissement progressif de l'acidité du lait, autre résultat important donné par l'invention, lait qui coagule ensuite quand son pH atteint une zone de valeurs correspondant aux divers points isoélectri- ques des protéines présentes.
Il convient de remarquer que cette acidité ne résulte pas de l'addition au lait d'un réactif quelconque.
Il est important de noter que cette manière de pra tiquer l'électrodialyse se prête en outre, par réglage de la valeur de la différence entre les débits d'eau alimen tant les compartiments anodique et cathodique, à la faire évoluer dans un temps donné, vers une déminéralisation s'accompagnant d'une variation plus ou moins grande de l'acidité dans le même temps. On peut évidemment agir encore sur le degré d'indépendance entre ces deux évolutions, en utilisant des membranes sélectives, ou en faisant circuler des eaux plus ou moins alcalines ou aci des dans les compartiments contenant les électrodes.
Cette nouvelle caractéristique permet de réaliser des conditions osmotiques et chimiques du milieu influant sur la texture de la pâte.
Les circulations d'eau permettent généralement d'opérer à température ordinaire, sans variation de celle-ci au cours du traitement.
Lorsque le lait est amené au pH désiré, pH = 4,5 par exemple, il est envoyé dans une centrifugeuse pour séparer le caillé du sérum.
Selon le degré de centrifugation, la pâte obtenue offre des consistances variées, ce qui confère au pro cédé la possibilité de produire divers types de pâtes par un même appareillage, autre résultat important.
Ce résultat est la conséquence de l'absence de syné rèse présentée par le caillé obtenu, ce qui constitue une autre caractéristique essentielle du procédé.
Enfin, de par le principe même de coagulation du lait mis en ouvre, il est possible de faire fonctionner en continu le système d'électrodialyse décrit, ou toute com binaison convenable de cellules d'électrodialyse identi ques, munies des éléments nécessaires aux circulations adéquates des fluides et au contrôle des débits, ces débits dépendant de l'acidité et du degré de déminérali sation à chaque instant.
Le lait peut être auparavant préfermenté pour con férer à la pâte un caractère organoleptique caractéris tique des ferments utilisés, ou être traité simplement après pasteurisation pour aboutir à une pâte insipide à laquelle il reste loisible d'apporter a posteriori un arôme choisi à volonté. La fermentation invoquée peut égale ment être pratiquée après électrodialyse et avant centri fugation.
Dans le cas d'une préfermentation, l'emploi de fer ments adaptés au courant électrique s'est avéré nette ment préférable.
De ce mode de coagulation du lait résultent d'autres résultats importants qui sont la possibilité d'aboutir à une acidité finale constante et déterminée a priori, d'obtenir un caillé exempt de synérèse, de produire des pâtes de consistances variées, de déminéraliser le lait de manière indépendante par rapport à l'accroissement d'acidité.
En outre, le procédé permet de traiter sans inconvé nient des laits écrémés, entiers, enrichis en matières grasses ou extraits secs, et des laits concentrés. Par ailleurs, la nature de l'acidité en fin d'électro- dialyse confère ensuite au caillé des propriétés bactério statiques intéressantes, assurant une meilleure conserva tion que celle qu'autorisent les pâtes classiques, du fait que les modifications physicochimiques du milieu inter venues ne permettent pas un développement anarchique ultérieur de la flore microbienne dirigée, ou de contami nation.
Pour bien faire comprendre l'invention, il va être décrit maintenant les aspects principaux du mécanisme impliqué dans l'électrodialyse du lait, telle qu'elle est pratiquée dans cette invention.
Le champ électrique provoque dans le lait la sépa ration et la migration vers les électrodes des espèces ioniques qui y sont contenues, ou celles susceptibles de se créer par déplacement des équilibres d'ionisation.
Les ions sont surtout des ions minéraux, comme CA++, Mg++, Na+, K+, Cl-, divers ions phosphates, auxquels il convient d'adjoindre des particules colloïdales chargées, et différents ions organiques.
D'après le principe de fonctionnement de l'appareil lage, où le compartiment cathodique est alimenté en eau courante selon un débit nettement supérieur au débit d'eau entretenu dans le compartiment anodique, les cations se dirigent vers le compartiment cathodique. pour se décharger sur la cathode, et être éliminés en même temps que leurs produits de réaction avec l'eau.
En contrepartie, les anions transportés vers l'anode se déchargent sur celle-ci, quand ils ont pu traverser la membrane.
Les radicaux résultants, peu ou pas éliminés, agis sent alors sur l'eau pour donner différents acides, qui s'ionisent à leur tour.
Sous l'action du champ électrique, les protons engen drés sortent du compartiment anodique pour se diriger vers le compartiment cathodique, alors que les anions restant emprisonnés dans le compartiment anodique se déchargent à nouveau, réagissent sur l'eau, et perpé tuent ainsi le cycle réactionnel dans ce compartiment.
Le flux de protons entretenu ainsi par le comparti ment anodique modifie ensuite dans le lait les équilibres d'ionisation et le transfert des anions, d'où il résulte finalement une acidification du lait par ces protons, et par la création d'acides dérivant des espèces anioniques présentes dans le lait, qui provoquent la coagulation des protéines, quand le pH a atteint leurs points iso-électri- ques.
L'électrodialyse conduite de cette manière, et pour suivie après coagulation du lait, tendrait vers une élec trolyse de l'eau dans les conditions imposées par le milieu.
Il a été vérifié qu'au cours du traitement, le lait ne subit ni oxydation ni chloruration.
Par simple dialyse, il y a une faible perte en lactose, qui peut être très réduite si le temps d'électrodialyse est écourté par un choix convenable des paramètres opé rationnels.
On conçoit que, selon la réglage des débits d'eau, il soit possible de jouer de manière indépendante sur la déminéralisation et l'accroissement d'acidité du lait. D'autres artifices peuvent y suppléer, comme l'emploi de membranes sélectives, ou la circulation d'eaux alca lines ou acides. L'évolution de l'électrodialyse dépend en outre évidemment des conditions géométriques et élec triques du système. . On conçoit aussi que toute combinaison convenable de cellules d'électrodialyse telles que celle qui a été décrite, puisse étendre les possibilités du procédé quant aux quantités de lait traité et à un fonctionnement en continu.
Pour mieux faire ressortir l'intérêt de l'invention, il va être donné maintenant deux exemples de mise en ouvre du procédé objet de l'invention. Exemple 1 Du lait (1,51) préalablement pasteurisé et ensemencé par une association de Streptococcus lactis et Strepto- coccus diacétilactis, a été soumis à l'électrodialyse, 6 h (à 181 C) après l'ensemencement, son pH étant de 6 (22 D) et sa teneur en lactose de 49,5g/l.
L'appareil d'électrodialyse était constitué d'un bac en matière transparente de dimensions intérieures 17 X 15 X 17 cm, et divisé en trois compartiments par deux cadres bordés de joints en caoutchouc, sur lesquels étaient tendues deux membranes de cellulose régénérée dont les dimensions de la partie utile étaient de 9 X 14 cm. Le compartiment central contenant le lait présentait un espace de 6,5 cm entre les membranes, et les deux compartiments anodique et cathodique respec tivement des espaces membrane-paroi de 4,5 cm et 6 cm.
Le compartiment central comporte un agitateur à hélice (1000 t/mn).
L'anode était une plaque de graphite de 14 X 9 cm, et la cathode une plaque d'acier inoxydable de mêmes dimensions, placées toutes deux à 1 cm des membranes.
Les compartiments anodique et cathodique étaient remplis d'eau, mais seul le compartiment cathodique était alimenté en eau de ville.
Les électrodes étaient reliées à une source de cou rant continu délivrant une différence de potentiel de 60 volts.
Dans ces conditions, le pH du lait a atteint en 2 h 15 la valeur 4,4 (acidité titrable:70 D),l'intensité du cou rant ayant été de 1,2 A. Aucune élévation de tempéra ture n'a été constatée.
La centrifugation, effectuée ensuite à raison de 4300 t/mn pendant 4 mn, a fourni 460 g de caillé, très homogène, ne présentant pas de synérèse.
Les teneurs par rapport à l'extrait sec de ce caillé pour les divers constituants suivants étaient : matières grasses: 42,3, Ca + Mg: 0,42, Cl: 0,33 , lactose: 12,8%.
Le sérum séparé, d'un volume de 1,0351, titrait 41 D et contenait 1,1 g/1 Ca + Mg, 0,73 g/1 Cl, et 50 g/1 de lactose.
Les résultats précédents, notamment pour le caillé, correspondent à des valeurs couramment obtenues dans les pâtes fraîches en fromagerie, ce caillé étant seulement légèrement délactosé et déminéralisé par rapport aux produits habituels.
Exemple 2 On a utilisé l'appareillage représenté sur la fig. 1 du dessin annexé.
L'appareillage était composé de disques porte-mem branes circulaires 1 de 15 cm de diamètre, interposés entre des éléments cylindriques en acier inoxydable 2 avec interposition de joints en caoutchouc, de manière à déterminer des espaces entre les membranes consti tuant successivement un compartiment à circulation de lait 3, un compartiment anodique 4, un autre comparti- ment à circulation de lait 5, puis un compartiment cathodique 6, de telles successions élémentaires ayant été répétées six fois (12 compartiments à lait), et 2 com partiments anodique et cathodique finals ajoutés.
Chaque compartiment de lait comportait en outre un système d'agitation 14 destiné à éviter la formation de caillots et uniformiser l'acidification de la masse.
Chaque disque porte-membrane 1 était constitué de deux plaques minces 7 en polychlorure de vinyle per cées de trous, entre lesquelles était serrée une membrane 8 en cellulose régénérée, le pourtour des plaques en forme d'anneau plein comportant les perforations néces saires au passage des goujons d'assemblage 10.
Les éléments cylindriques 2, d'une longueur de 5 cm, avec deux brides d'assemblage perforées 2a, étaient mu nis des canalisations 11, 12, 13 nécessaires au passage du lait ou des eaux anodiques pulsés par trois pompes non représentées. Ceux de ces éléments qui étaient affectés aux compartiments anodique et cathodique 4 et 6, étaient constitués de deux parties cylindriques égales, avec joints isolants, enserrant une grille 9a d'acier inoxy dable (cathode) ou 9b de platine (anode), les diverses grilles étant reliées aux pôles correspondants d'une source d'énergie électrique (110 volts).
Le débit de lait préfermenté (pH = 5,85, teneur en lactose: 44 g/1) ayant été de 0,1 1/mn et les débits d'eau anodique et cathodique ayant été respectivement de 0,0051/mn et 0,51/mn, il a été obtenu ainsi en continu, avec un courant de 2,1 A, et après centrifugation, un caillé dont les teneurs par rapport à l'extrait sec pour les constituants suivants étaient:matières grasses:41,Ca + Mg: 0,57%, CI: 0,28%, lactose: 13,5%.
Le sérum titrait 44 D, et contenait 1,16 g/1 Ca + Mg, 0,72 g/1 Cl, et 48,5 g/1 de lactose.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on utilise pour effectuer l'électrodialyse, des membranes sélectives,anioniques et cationiques,ce qui,tout d'abord, permet de réduire, voire de supprimer les pertes de substances non anioniques dialysables telles que le lactose.
Les membranes sélectives permettent en outre de tra vailler contre le gradient de concentration, alors que les membranes non sélectives conduisent à la dilution de la solution traitée.
En outre, une application judicieuse desdites mem branes permet de réaliser l'acidification du lait sans appauvrissement de celui-ci en cations, l'électrodialyse étant alors effectuée en utilisant comme source d'anions soit du lait, soit un dérivé du lait, de préférence, un sérum résultant d'une opération de caillage antérieure.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre ce mode de réalisation, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig. 2 est une coupe schématique d'un premier mode d'exécution de la présente addition.
La fig. 3 est une vue analogue d'une variante per mettant le caillage du lait sans appauvrissement de celui-ci en cations.
Dans le mode de réalisation représenté sur la fig. 2, l'appareil d'électrodialyse comprend une cuve 15 formée de segments aboutés avec interposition de membranes sélectives A et C. Les membranes A sont anioniques, c'est-à-dire perméables aux anions ; les membranes C sont cationiques, donc perméables aux cations. Les segments extrêmes forment des chambres 16 et 17 contenant respectivement une anode 18 et une cathode 19.
Les segments intermédiaires constituent des cellules élémentaires à trois compartiments délimités par deux membranes anioniques encadrant deux membranes cationiques. Dans les compartiments tels que 20 situés entre une membrane anionique et une membrane cationique, circule un acide amené et évacué au moyen de tuyauteries 21. Cet acide est, de préférence, un acide fort tel que l'acide sulfurique ou chlorhydrique, à une concentration de l'ordre de 0,05 à 0,2N, par exemple; dans les compartiments tels que 22 compris entre deux membranes cationiques, circule le lait à traiter, qui passe dans des tuyauteries 23 et, dans les compartiments tels que 24, desservis par des tuyauteries 25, circule de l'eau ou une solution aqueuse très diluée.
Les compartiments homologues sont, de préférence, reliés entre eux par des tuyauteries 21, 23 ou 25.
La chambre anodique 18 est séparée du premier compartiment à acide 20a par une membrane anioni- que, tandis que la chambre cathodique 17 est séparée du dernier compartiment à eau 24a par une membrane cationique. Ces chambres contiennent des solutions appropriées qui peuvent être initialement constituées par de l'eau, qui s'enrichit en ions au cours du fonctionne ment et qu'au besoin, on maintient à une concentration déterminée, grâce à des conduites 16a ou 17a.
En fonctionnement, la membrane C qui sépare le compartiment 22 occupé par le lait du compartiment 20 occupé par l'acide arrête les anions du lait mais laisse passer les protons venant du compartiment à acide tan dis que les cations du lait passent dans le compartiment 24 à eau. Il se produit donc une acidification progressive du lait.
En réglant convenablement les différents facteurs intervenant dans l'électrodialyse, en particulier en agis sant sur la nature, la concentration et le renouvellement des liquides alimentant les chambres et compartiments autres que ceux qui contiennent le lait, à savoir la solu tion anodique contenue dans la chambre 16, la solution d'acide des compartiments 20, la solution aqueuse des compartiments 24 et la solution cathodique de la cham bre 17, on conduit l'acidification progressive du lait qui circule dans les compartiments 22.
Cette acidification, que l'on pousse jusqu'à la valeur voulue (pH 4-4,5 environ) de façon à obtenir la coagu lation des protéines, ne résulte pas de l'addition au lait d'un réactif mais de la formation d'acides correspondant aux anions du lait par remplacement d'une partie des cations par des protons.
Dans la variante de la fig. 3, l'appareil est similaire à celui qu'on a décrit en regard de la fig. 2, mais ses cellules élémentaires sont à quatre compartiments, à savoir un compartiment à acide 20 et un compartiment à eau 24 analogue à ceux de l'exemple précédent, mais qui encadrent deux compartiments centraux 22a, 22b séparés par une membrane anionique A.
Le compartiment 22a, adjacent au compartiment à acide, contient le lait soumis à l'électrodialyse. Dans l'autre compartiment 22b, adjacent au compartiment d'eau, circule une source d'anions constituée soit par du lait, soit par un dérivé du lait, de préférence un sérum provenant d'une opération de caillage précédente.
Lorsque l'appareil fonctionne, la membrane C, qui délimite les compartiments à lait 22a du côté de l'anode, arrête la migration des anions du lait. De même, la mem brane A qui délimite le compartiment à lait du côté de la cathode arrête les cations du lait. L'acide présent dans les compartiments 20 fournit les protons, et le lait ou le sérum des compartiments 22b les anions nécessaires à l'acidification, ce qui permet d'obtenir un produit dans lequel la teneur initiale de matières minérales du lait n'a pas été diminuée.
Comme dans l'exemple de la fig. 2, on règle l'acidi- fication en jouant sur les divers facteurs en présence. L'utilisation, comme source d'anions, de lait ou de sérum provenant d'une opération précédente, évite en outre d'introduire dans le lait à acidifier des éléments de nature étrangère susceptibles, en particulier, de nuire aux qualités organoleptiques de ce lait.