Brevet FR2125601A1 — publié le 19720929

La présente invention concerne un appareil permettant le foisonnement de produits alimentaires tels que des produits laitiers contenant des stabilisants par dissolution de gaz sous haute pression dans le produit suivie de détente à la pression atmosphérique. 5 II est avantageux de réaliser le foisonnement de produits laitiers par détente de gaz préalablement dissous sous pression. Les procédés connus utilisés pour le foisonnement par dissolution présentent en effe|: l'avantage sur les procédés classiques de foisonnement mécanique de permettre le foisonnement de produits laitiers quelle que soit la teneur en matière grasse : on peut 10 donc notamment foisonner par dissolution des produits laitiers à très faible teneur en matière grasse. Les plus simples des appareils de foisonnement par dissolution sont des récipients sous pression de type "bombe aérosol" munis d'une valve et permettant par exemple l'obtention de crème fouettée. Les pressions utilisées sont 15 relativement faibles de l'ordre de 5 à 7 bars et on dissout par conséquent de préférence des gaz dont la solubilité dans l'eau est suffisamment élevée, comme par exemple N^O, CC^ ou des fréons. Les produits foisonnés obtenus doivent donc être rapidement consommés, car les gaz à solubilité élevée dans l'eau diffusent dans l'air à la pression atmosphérique, ce qui entraîne le défoisonnement en 20 quelques heures. La dissolution de gaz à haute pression utilisant des gaz à faible solubilité dans l'eau peut être également réalisée de manière connue en pulvérisant le produit laitier liquide dans une enceinte renfermant le gaz à haute pression. 25 II est également connu de réaliser la dissolution à haute pression dans une chambre tubulaire munie de chicanes ou d'un remplissage quelconque destiné à augmenter le brassage et à améliorer la dissolution. Un clapet de décharge à ressort taré réglable ou un dispositif analogue est placé à la sortie de la chambre de mélange. Ce dispositif présente l'inconvénient d'être particu-30 lièrement difficile à nettoyer. Tous ces dispositifs connus, s'ils permettent d'obtenir la dissolution des gaz peu solubles, présentent l'inconvénient maieur d'être incapables de fournir un produit foisonné de qualité constante, le taux de foisonnement obtenu variant très rapidement dans de larges proportions, Il n'est en effet 35 pas possible de déterminer avec exactitude la quantité de gaz à introduire dans le produit et l'expérience montre qu'un large excès de gaz ne permet pas d'obtenir le résultat théorique escompté, à savoir un taux de foisonnement stable. Le taux de foisonnement qui est défini comme étant le rapport du volume du produit foisonné au volume du produit liquide avant foisonnement dépend 40 en effet de la température, de la pression et du taux de dissolution du. gaz 72 05584 2 2125601 dans le produit liquide. Dans les dispositifs de foisonnement connus, il n'est pas possible de maîtriser convenablement ces différents paramètres pour obtenir un taux de foisonnement régulier. La difficulté est encore accrue par le fait que certains produits utilisés contiennent des stabilisants qui entraînent une 5 variation très importante de la viscosité en fonction de la température. Le taux de foisonnement obtenu varie donc lui aussi puisqu'il dépend de la pression dans la chambre de mélange qui est fonction de la perte de charge. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients et d'obtenir un produit dont le taux de foisonnement reste constant à environ 10 % 10 près, ce taux de foisonnement pouvant atteindre et même dépasser 3, le produit obtenu présentant de bonnes qualités organoleptiques au moyen d'un appareil de construction simple et de fonctionnement très sûr. L'appareil selon l'invention présente de plus la particularité d'être très facile à nettoyer et de maintenir des conditions hygiéniques excellentes. 15 L'appareil de foisonnement par dissolution de gaz à haute pression conforme à la présente invention comporte essentiellement en combinaison : une trémie d'alimentation du produit à l'état chaud, une pompe à haute pression de préférence volumétrique, un tube lisse de faible diamètre et de grande longueur pouvant être réfrigéré et une vanne de contrepression commandée automatiquement 20 par un détecte^* de pression placé en amont d'une buse d'injection de gaz sous pression. Les gaz utilisés dans l'appareil selon l'invention sont des gaz à 3 très faible solubilité dans l'eau, de préférence inférieure à 20 cm /100 ml d'eau à 0°, de façon à éviter le défoisonnement du produit à la pression atmos-25 phérique par diffusion du gaz dans l'air. On utilisera donc, par exemple, des gaz comme l'azote, l'air, l'argon .... Pour obtenir un taux de foisonnement régulier, il importe avant tout que la proportion de gaz injecté dans le produit liquide soit constante si le débit du produit ne varie pas, ce qui est le cas si on utilise une pompe volu-30 métrique. Dans l'appareil conforme à la présente invention, on injecte le gaz à une pression supérieure à la pression qui règne dans le liquide et à la sortie de la pompe volumétrique. Une caractéristique essentielle de l'appareil selon l'invention consiste à maintenir constante la surpression entre le gaz et le liquide au moyen d'une vanne de contrepression située à la sortie de 35 l'appareil et commandée par un détecteur placé immédiatement à la sortie de la pompe volumétrique et en amont de la buse d'injection du gaz. De cette manière, les inévitables variations de température et de viscosité à l'intérieur du tube restent sans influence sur le taux de foisonnement du produit obtenu à la sortie de l'appareil conforme à l'invention. 40 La dissolution du gaz à haute pression dans le produit liquide est 72 05584 3 2125601 obtenue à la fois par un temps de séjour convenable du produit et du gaz dans le tube et par une agitation importante créée par la turbulence de l'écoulement à deux phases. Selon une caractéristique importante de l'invention, la longueur du tube et le débit de la pompe volumétrique sont tels que le temps de séjour 5 du produit dans le tube soit au moins d'une seconde. Il est avantageux d'utiliser un tube de faible diamètre enroulé en serpentin et placé dans une enceinte formant échangeur de chaleur. Dans une réalisation préférée de l'appareil selon l'invention, on introduit alors le produit à haute température, ce qui permet de maintenir de bonnes qualités 10 d'hygiène tout en diminuant la viscosité, ce qui augmente la turbulence. Il convient cependant de refroidir le produit avant la détente qui engendre le foisonnement proprement dit. En effet, si l'on ne refroidissait pas le produit, la texture obtenue serait mauvaise et aurait l'apparence d'un gel rigide. Le foisonnement à froid permet, au contraire, d'obtenir une texture onctueuse et 15 non gélifiée. Dans cette réalisation, on fait donc circuler dans 1'échangeur de chaleur précité de l'eau à basse température, de façon que la température du produit à la sortie soit au plus de 25°C et soit de préférence inférieure à 10°C. Dans une autre réalisation de l'appareil selon l'invention, le tube formé en serpentin est placé dans deux échangeurs de chaleur successifs, ce 20 qui permet de réaliser un chauffage supplémentaire jusqu'à la température de pasteurisation dans l'échangeur de chaleur amont et un refroidissement dans l'échangeur aval. Ce mode de réalisation de l'appareil conforme à l'invention permet donc de réaliser la pasteurisation en même temps que le foisonnement. Pour obtenir une texture onctueuse, le refroidissement doit être tel que la 25 température du produit à la sortie ne dépasse pas 25°C et soit de préférence inférieure à 10°C. On comprendra mieux l'invention en examinant le dessin annexé qui représente schématiquement un exemple de réalisation non limitatif de l'appareil conforme à l'invention et en étudiant les exemples ci-dessous. 30 Tel qu'il est représenté sur la figure, l'appareil de foisonnement par dissolution comporte une pompe volumétrique à haute pression 1 entraînée par un moteur 2 et alimentée en produit laitier à température relativement haute provenant de la trémie d'alimentation 3. Le gaz à haute pression contenu dans la bouteille 4 est introduit dans le tube lisse de faible diamètre 5 par 35 l'intermédiaire d'un détendeur 6, de façon que la pression du gaz détendu soit supérieure à la pression du produit laitier à la sortie de la pompe volumétrique 1. Le tube 5 est enroulé en serpentin et placé dans l'échangeur de chaleur 7. La vanne automatique de contrepression 8, placée à la sortie du serpentin 5, est commandée par le capteur de px-ession 9 qui mesure la pression du produit 40 laitier immédiatement à la sortie de la pompe volumétrique 1 et en amont de la 72 05584 4 2125601 buse d'injection du gaz. La pression du produit laitier à la sortie du tube lisse 5 et, par voie de conséquence, le taux de foisonnement peuvent être ainsi maintenus constants à environ 10 % près autour d'une valeur déterminée introduite par l'intermédiaire du dispositif de réglage 10. 5 EXEMPLE 1 Le produit laitier introduit dans la pompe volumétrique est un mélange contenant 76 parties d'un lait stérilisé ayant un taux de matières grasses de 113 g/1, 13,8 parties de saccharose, 7,1 parties de glucose, 1 partie d'amidon, 0,05 partie d'une gomme ou d'un stabilisateur hydrocollo'ide, 0,15 10 partie de carraghénates, 0,3 partie de gélatine, 1,2 partie d'extrait de café liquide, et 0,3 partie d'extrait de café soluble en poudre. La pression du produit laitier à la sortie de la pompe volumétrique est de 80 bars. On injecte dans le produit laitier de l'azote à la pression de 95 15 bars. Le diamètre du tube dans lequel se produit la dissolution est de 10 mm, et la longueur totale du serpentin développé est de 80 m. Le débit fourni par la pompe volumétrique est de 400 litres par heure. Le temps de séjour du produit et du gaz dans le serpentin est ainsi d'une minute. 20 L'échangeur 7 de la figure est séparé en deux parties, le premier échangeur ou échangeur amont étant refroidi par de l'eau et le deuxième échangeur ou échangeur aval étant refroidi par de l'eau glacée. Les conditions de température sont représentées sur le tableau I. TABLEAU I 25 Température produit - entrée 1er échangeur 70°C - sortie 1er échangeur 40°C - entrée 2ème échangeur 40°C 30 - sortie 2ème échangeur 8°C Température eau - entrée 1er échangeur 20°C - sortie 1er échangeur 35°C - entrée 2ème échangeur 1,5°C 35 - sortie 2ème échangeur 6°C La pression du produit à la sortie du deuxième échangeur est de 60 bars. Le taux de foisonnement du produit obtenu reste compris entre 1,8 et 1,9. Après le foisonnement, le produit est reçu dans la trémie d'une ma-40 chine de conditionnement non représentée sur la figure. Le produit obtenu possède une texture onctueuse et le foisonnement est très stable. Le produit peut être congelé et décongelé plusieurs fois sans perdre ses qualités organolepti- 72 05584 5 2125601 ques ni sa structure initiale, notamment sans défoisonnement, sans synérèse marquée et sans aucune formation de cristaux de glace importants mais seulement d'une très fine cristallisation, ce produit pouvant en outre être conservé sans perdre les qualités précitées pendant 8 à 10 jours à une température de 4°C à 5 8°C. EXEMPLE 2 Le produit laitier introduit dans la pompe volumétrique est le mélange suivant : Lait à 15 g de matières grasses par litre (MG/1) ...... 50 % 10 Poudre de lait écrémé 0,9 % Crème à 320 g de MG/1 24 % Sucre 11,8 % Glucose 4,4 % Gélatine 0,3 % 15 Carraghénates . 0,3 % Amidon 0,5 % Chocolat 7 % Cacao 0,9 % La température du produit à la sortie de la pompe est de 70°C et sa 20 pression de 70 bars. On injecte dans le produit de l'argon à 80 bars. Le serpentin utilisé est le même que dans l'exemple 1 ainsi que le débit de la pompe et les conditions de température dans les échangeurs. Le taux de foisonnement obtenu est de 2,35 à 10% près. 25 Le produit obtenu possède une texture onctueuse ; il est susceptible d'être distribué et consommé à l'état frais pendant 8 à 10 jours et de subir plusieurs congélations et décongélations successives sans perdre ses propriétés organoleptiques ni sa structure initiale, et sans aucune formation de cristaux de glace importants pendant la congélation mais seulement d'une très fine 30 cristallisation. EXEMPLE 3 Le produit laitier introduit dans la pompe volumétrique est le même que celui de l'exemple 2. La température du produit à la sortie de la pompe est de 70°C et sa pres-35 sion de 50 bars. On injecte dans le produit de l'argon à 60 bars. Le serpentin utilisé est le même que dans 1'exemple 1 ainsi que le débit de la pompe et les conditions de température dans les échangeurs. Le taux de foisonnement obtenu est de 2 à 10% près. 40 Le produit obtenu possède une texture onctueuse ; il est susceptible 72 05584 6 2125601 d'être distribué et consommé à l'état frais pendant 8 à 10 jours et de subir plusieurs congélations et décongélations successives sans perdre ses qualités organoleptiques ni sa structure initiale, et sans aucune formation de cristaux de glace importants pendant la congélation mais seulement d'une très fine cris-5 tallisation. EXEMPLE 4 On mélange par agitation dans une cuve 64 parties de lait écrémé, 2,3 parties de poudre de lait écrémé, 8 parties de matières grasses du lait et l'on homogénéise et pasteurise le tout à 90-95°C. Après refroidissement à 44°C, 10 on ajoute une partie de ferment du yoghourt. La fermentation s'effectue pendant une durée de quelques heures, de préférence 3 à 5 heures, jusqu'à l'obtention d'une acidité d'environ 80°C. On obtient ainsi une base de yoghourt. On ajoute ensuite au mélange, tout en agitant, 12 parties de saccharose, 11,5 parties de cérélose, 0,6 partie de gélatine, 0,1 partie d'un stabilisateur 15 hydrocolloîde et 0,5 partie d'arôme "fraise" et on introduit le mélange dans l'appereil selon l'invention. •- L'appareil utilisé est le même que dans l'exemple 1 ainsi que les conditions de pression du produit laitier et de l'azote injecté, le débit de la pompe et les caractéristiques du serpentin. 20 L'échang--. de chaleur 7 de la figure est remplacé par un premier échan geur ou échangeur amont dans lequel la température du produit est élévée de façon à réaliser une pasteurisation. Un deuxième échangeur ou échangeur aval permet de rabaisser la température du produit avant le foisonnement. Les conditions de température du produit et de l'eau qui véhicule les 25 calories sonc les suivantes : TABLEAU II Température du produit - entrée 1er échangeur 40°C - sortie 1er échangeur 6G°C 30 - entrée 2ème éci.angeur 68°C - sortie 2ème échangeur 13cC Température eau - entrée 1er échangeur 72°C - sortie 1er échangeur 70°C 35 - entrée 2ème échangeur 1,5°C - sortie 2ème échangeur 6°C La pression du produit à la sortie du deuxième échangeur est de 60 bars. Le taux de foisonnement obtenu reste compris entre 1,8 et 1,9. Le produit obtenu a d'excellentes qualités organoleptiques. On peut le 72 05584 7 2125601 conserver à l'état frais ou à l'état congelé et, dans ce cas, il peut être congelé et décongelé plusieurs fois tout en conservant sa structure initiale. Consommé à l'état frais, il se présente sous la forme suivante : masse légère et onctueuse mais ferme. 5 Le produit ne coule pas au-dessous de 10°C. Il est légèrement fluide au-dessus de 10°C. Il possède un goût faiblement acidulé. A l'état congelé, il se présente sous la forme suivante : produit glacé se détachant bien à la cuiller, cristallisation fine. L'appareil de foisonnement par dissolution selon la présente invention 10 permet de réaliser des produits foisonnés de qualité constante. L'appareil peut être utilisé toutes les fois que l'on veut obtenir un taux de foisonnement régulier pouvant aller jusqu'à 3 et même au-delà. Le produit étant introduit à l'état chaud dans l'appareil, les conditions d'hygiène sont maintenues à un haut niveau. De plus, l'appareil est très facile à nettoyer étant donné 15 que le tube utilisé est lisse sur toute sa longueur. L'appareil selon l'invention peut être utilisé pour foisonner notamment les produits à glacer, tels que crèmes à glacer, sorbets, etc. 72 05584 8 2125601 REVENDICATIONS 1. Appareil de foisonnement par dissolution de gaz sous haute pression suivie de détente à la pression atmosphérique de produits alimentaires tels que des produits laitiers contenant des 5 stabilisants, comprenant une trémie d'alimentation en produit à chaud, une pompe à haute pression pour le produit, une buse d'injection de gaz placée en aval de la pompe, ledit gaz étant injecté à une pression supérieure à celle du produit, des moyens permettant de mélanger le produit et le gaz et de réfrigérer ce mélange, 10 une vanne de contrepression placée en aval desdits moyens de mélange; appareil caractérisé par le fait que ladite vanne de contrepression est commandée par un détecteur de pression situé en amont de la buse d'injection de gaz et des moyens de mélange précités. 2. Appareil de foisonnement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de mélange et de réfrigération comprennent un tube de faible diamètre et de grande longueur tel que la saturation du gaz dans le produit à haute pression soit at+ inte avant l'extrémité de sortie dudit tube. 2o 3. Appareil de foisonnement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le tube précité se présente sous la forme d'un serpentin placé dans une enceinte réfrigérée. 4. Appareil de foisonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le gaz injecté possède 25 une très faible solubilité dans l'eau à 0°C inférieure à 20 cm / 100 ml. 5. Appareil de foisonnement selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé par le fait que le tube précité est refroidi sur toute sa longueur, de façon que la température du produit 30 laitier à, la sortie soit au plus de 25°G. 6. Appareil de foisonnement selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le serpentin est chauffé à la température de pasteurisation dans sa partie amont, puis refroidi dans sa partie aval, de façon que la température du produit à la 35 sortie soit au plus de 25°C.