Brevet FR2322925A1 — publié le 19770401

La présente invention concerne des perfectionnements apportés au procédé de fabrication en continu d'empois dtami don destinés à être utilisés entre autres, comme apprêts de surface, pour le couchage du papier au kaolin, darn l'industrie textile, etc. Elle concerne aussi l'appareillage et les installations pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi que les pro duites en résultant. On connait déjà des procédés de fabrication en continu d'empois amidon du type suivant lequel on incorpore une préparation 4'enzyme dans une dispersion aqueuse d1amidon, on fait passer la dispersion ainsi obtenue à travers une zone de gélatinisation de l'amidon, on injecte de la vapeur dans la dispersion à mesure qu'elle traverse ladite zone pour géla-- tiniser l'amidon sans que l'enzyme soit désactivée, on admet l'amidon gélatinisé contenant l'enzyme dans une zone d'llydro- lyse enzymatique de l'amidon en y maintenant le milieu a' une température et pendant une durée suffisantes pour obtenir le degré d'hydrolyse désiré, on envoie l'empois d'amidon ainsi obtenu dans une zone de désactivation de ltenz.e dans laquez le on injecte de la vapeur pour atteindre une température à laquelle l'enzyme est désactivée puis on recueille l'empois en résultant (voir brevet français n 1 364 190). On sait aussi que différents modes de mise en oeuvre ont été préconisés pour la marche automatique d'unités de fabrication continue d'empois d'amidon par des procédés du type de ceux décrits ci-dessus7 cette marche automatique sutordon- nant l'admission en continu de la dispersion de l'amidon etde l'enzyme à la viscosité de l'amidon finalement recueilli ou le traitement de désactivation de l'enzyme a' l'addition d'acide commandée par les données d'un pH mètre. De plus quels que soient les moyens réglant l'auto maticité de l'installation ces procédés ont un moyen corninun à savoir la zone de gélification-hydrolyse (ou enceinte réactionnelle) qui est en général constituée par une enceinte en forme de cuve dans laquelle la dispersion d'amidon gélatinisé séjourne pendant une durée plus ou moins variable Il en ré sulte que les empois d'amidon obtenus par ces procédés s!n^- généralement constitués par un mélange de grosses et de petites molécules5dA au fait que certaines molécules dtamidon séjournent pendant une durée relativement plus longue que d'au- tres dont certaines même traversent l'enceinte très rapidement. Cette constitution et cette répartition dimensionnelle font que ces mélanges se différencient d'empois obtenus par des procédés conduits en discontinu tout en faisant intervenir les mêmes réactions et les mêmes suites d'opérations. Ces derniers empois sont en effet constitués de molécules d'a- midon ayant en moyenne sensiblement la même dimension. Or l'invention fournit aussi des empois amidon de structure homogène c'est-à-dire dans lesquels les.molécu- les d'amidon ont, en moyenne, sensiblement la même dimension particulaire. Pour ce faire, le procédé de l'invention consiste å admettre g empérature sensiblement constante en régime non turbulent un empois d'amidon gélàtinisé dans au moins une zone de forme allongée et à faire progresser la solution d'a- midon à une vitesse sensiblement uniforme en chaque point de cette zone puis à faire subir à la dispersion résultante, de façon connue en soi, une opération de désactivation de l'enzy- me. Suivant un mode de réalisation avantageux la désactivation de l'enzyme se fait thermiquement en amenant la dis perlon à une température supérieure et en l'y maintenant pendant la durée nécessaire à la désactivation de l'enzyme. En ce qui concerne l'automaticité de la marche de ltinstallation l'invention prévoit des moyens indépendants des caractéristiques physiques du milieu en circulation (telles que viscosité, acidité, température et autres). Suivant l'invention, la dispersion à traiter ou le produit fini recyclé constituent les fluides moteurs entretenant la marche continue de l'installation. Suivant une caractéristique de l'installation selon l'invention, le bac de stockage de la dispersion à traiter et le bac de stockage de la dispersion finale sont munis de moyens électro-mécaniques permettant la commande des différentes pompes et électrovannes de l'installation. l'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé illustrant schématiquement une instal- lation mettant en oeuvre le procédé de l'invention. En se référant à ce dessin L'installation selon 1' invention est alimentée à partir d'une cuve de stockage (CA) de la dispersion (ou lait) d'amidon à traiter maintenue sous agitation (grâce au dispositif B-i) et contenant liteau, l'amidon, 11 enzyme et le catalyseur, sous forme d'un lait homogène, à la concentration appropriée et à la température ambiante. L'homme de l'art comprendra aisément que l'amidon pourra être choisi parmi les amidons habituellement utilisés pour la fabrication des colles d'amidon tels que les amidons de mais, de blé, de pommes de terre, etc., les encules de pommes de terre, de manioc, etc. La concentration du lait à traiter peut aller jusqu'à 40 ffi de matière sèche d'amidon.L'enzyme pourra entre choisie parmi les enzymes également utilisées couramment et actives aux températures opératoires, notamment parmi les alphaamylases bactériennes dans la proportion de 0,2 à 0,6 So-par rapport à l'amidon, de préférence dans la proportion de 0,4 à 0,5 %ç par rapport à 11 amidon. Quant au catalyseur, on utilise, en géné ral, du carbonate de calcium. La préparation du lait peut être faite directement dans la cuve ou dans toute autre enceinte ou dispositif annexe (non illustré sur le dessin), ltalimentation de cette cuve se faisant alors par la conduite CL, la commande des organes réglant le débit de cette conduite se faisant par les contacteurs de niveaux Niv. 1 et Niv. 2 dont les autres r6les apparaitront ci-après. Â la sortie de l'installation le produit est recueilli dans une cuve de stockage de la colle (CC), munie de son dispositif d'agitation A2 comportant un système de thermostat con triant les pertes de calories et permettant de maintenir le produit au-dessus d'un seuil déterminé de temperature. Cette cuve comporte également deux contacteurs de niveau, haut et bas (N.H et N.B) dont les r8les ressortiront également ci-après. Pour faciliter la compréhension du dessin et alléger la description qui va suivre, on tiendra compte des légendes sui vantes Niv = Indicateur de niveau R. Niv = Régulateur de niveau EV = Electro-vanne M = Manomètre T = Thermomètre P.E = Enregistreur de pression T.E = Enregistreur de température Niv.E = Enregistreur de niveau P - Pompe Conformément à l'invention le lait d'amidon est gélatinisé en présence de l'enzyme en portant rapidement la température à une valeur supérieure à celle de gélatinisation de l'amidon, par exemple95-I080C par mélange avec-de la vapeur d'eau à une pression optimale de 2 bars dans un ré chauffeur (R1) lequel peut autre de type quelconque et même du type de celui décrit dans le brevet français nO 1 764 190 précité. Le lait d'amidon est introduit dans ce réchauffeur (par PI et EV.I après avoir traversé les filtres F) à une pression de 4 à 5 bars. I1 constitue le fluide moteur.A la sortie du réchauffeur, l'amidon gélatinisé est envoyé à la base d'au moins une colonne de rétention calorifugée ou de plusieurs colonnes, en série, (Cl, C2, CS) dans lesquelles la gélatinisation se poursuit et l'hydrolyse s'achève jusqu'au point désiré. Le volume du système de rétention est calculé de façon telle qu'en fonction du débit d'alimentation en lait d'amidan, le temps de rétention corresponde à celui préalablement fixé pour obtenir le degré et le taux de conversion voulus. L'élan- cement dtune colonne (rapport hauteur/diamètre) est de préférence de 10 à 15. L'abaissement de la température durant le passage de la solution à travers la série de colonnes est d'environ 50C. La progression de la solution d'amidon gélatinisé dans cette zone de rétention s'effectue à une vitesse sensiblement uniforme en chaque point ; le freinage des veines liquides sur les parois de la ou des colonnes de rétention est négligeable, mais peut être éventuellement corrigé en garnissans cette ou ces colonnes de disques perforés afin de rétablir l'horizontalité du front liquide. La durée de rétention dans cette zone est donc constante pour chaque partie élémentaire de la solution traitée. A la sortie de la zone de rétention, lthydrolysat est porté à la température de 130-132 C par mélange avec de la vapeur sous 2 bars de pression dans un second réchauffeur (R2) analogue au premier. La température de 130OC est maintenue pendant une durée déterminée grâce à un second système de rétention (C4) disposé à la suite du second réchauffeur. Cette opération a pour but de désactiver ltenzyme avant stockage -de la "colle" résultante (en CC). Le procédé de traitement de l'amidon ayant ainsi été décrit par référence au dessin, on peut distinguer quatre phases dans la marche de l'installation mettant en oeuvre ce procédé : - Etat repos ; - Etat marche ; - Etat recirculation ou recyclage ; - Etat lavage. 1) Etat repos Aucun fluide ne circule dans l'installation et toutes les vannes (EV) sont fermées. Les cuves de stockage (CA et/ou CC) peuvent être vides ou non. Les pompes (P) sont à ltarret, sauf la pompe Pi si la cuve de stockage CA contient encore du lait d'amidon. Dans ce cas le lait d'amidon circule alors en circuit fermé par l'intermédiaire de l'électrovanne EV1 avec niveau constant dans la cuve CA si ce niveau est entre Niv 1 et Niv 2. Par contre, Si le niveau bas a été atteint, le contacteur bas correspondant peut assurer le remplissage simultané de la cuve en agissant éventuellement sur les organes de débit de la conduite CL jusqutà ce que le contacteur de niveau supérieur soit sollicité ce qui interrompt alors l'alimentation. 2) Etat marche : L'appareil est mis en marche au moyen du contacteur de niveau bas (N.B) de la cuve de stockage (CC) de la colle. Cette mise en marche se fait évidemment manuellement si cette cuve ne contient pas de colle. Ce contacteur agit sur ltélectrovanne EV 1 et la pompe Pi envoie le lait d'amidon dans le réchauffeur R1. Dans ce réchauffeur, comme on l'a vu ci-dessus, une injection de va peut, par l'intermédiaire de l'électrovanne EV 2 permet de por- ter instantanément le lait d'amidon à une température d'environ 100-0C. L'hydrolyse enzymatique de l'amidon se poursuit dans les colonnes C1 et C2 pendant la durée de transformation souhaitée. Le débordement de la colonne C2 aboutit dans la colonne C3. Celle-ci comporte un évent E vers llatmosphèrea ce qui permet la décompression et elle sert également pour une régulation de niveau (R.Niv 3) qui conditionne la vitesse de rotation de la pompe P2. L'amidon est alors envoyé dans le réchauffeur R2 alimenté en vapeur par l'intermédiaire de l'électrovanne EV 3. Sa température est portée à 130 C environ. A la sortie du ré chauffeur R2, le produit passe dans un système de rétention C4 de dimensions et formes appropriées, qui maintient la colle à une température de 130 C (pendant un certain temps (1 minute par exemple)) et assure la destruction de l'enzyme. Ce système peut comporter avantageusement des tubes de rétention comme indiqué dans le brevet français no 1 364 190 précédemment cité. A la sortie de C4, la colle est reçue dans la cuve de stockage (CC) après passage par la vanne EV4 dans un séparateur de vapeur (SV). 3) Etat de recirculation I1 est enclenché soit manuellement, soit automatiquement par le contacteur de niveau haut (N.H) lorsqu'il est atteint par la colle dans la cuve de stockage. A ce moment, l'admission du lait d'amidon dans le réchauffeur R1 est interrompue par basculement de l'électrovanne EV1, en position de recirculation du lait d'amidon dans sa cuve de stockage et l'arrivée de vapeur est coupée en EV2. La pompe P3 entre alors en service et la colle est recyclée en tête du circuit au niveau de la vanne EV6. Cette pompe a un débit égal à celui de la pompe Pi. En conséquence, toutes les particules élémentaires dthydrolysat d'amidon en cours de conversion à l'intérieur des colonnes continuent leur progression à la même vitesse et à la meme température et subissent donc les mêmes transformations que dans ltétat de marche. Dès que toutes les parties dthydrolysat ont atteint le temps de rétention total normal et que toute ltenzyme présente dans le système a été inhibée par passage dans le réchauffeur R2, ltélectrovanne Ev3, réglée par minuterie, coupe ltadmission de vapeur dans R2 et la recirculation de la colle continue sans transformation supplémentaire du produit dont la température est maintenue pat assagie dans la cuve de stockage de la colle (CC). 4) Etat lavage : Le lavage est mis en route manuellement. La pompe P3 fonctionne alors, son aspiration étant reliée à une canalisation d'eau par l'électrovanne EV5. La vanne de vapeur EV2 est ouverte et l'appareil est lavé à l'eau chaude, pendant un temps prédéterminé. Pour éviter toute mise à ltégott inutile de produit fini, la vanne à trois voies EV4 a une ouverture retardée jusqu'après la vidange complète du circuit de colle. Ainsi, durant le temps correspondant au remplissage de CI, C2 et C4 avec 11 eau chaude de lavage,la vanne EV4 est ouverte vers la cuve de stockage de la colle. Après ce temps, elle bascule automatiquement vers la sortie égout ainsi que les vannes W7, EV8, EV9, EV10, EV11 et EV12. Les avantages de l'invention ressortiront immédiatement à l'homme de l'art à savoir - un fonctionnement continu et automatique dont les fluides admis et sortant sont les fluides moteurs ; - un fonctionnement à une pression de vapeur assez basse -(2 bars effectifs minimum) - toutes les particules d'amidon subissent les me- mes temps de transformation enzymatique, aux mimes température res - ltobtention d'un produit très homogène avec formation de sucres réducteurs réduite au minimum ainsi que la rétrogradation comme illustré par les exemples donnés ci-après ; - la limitation delta fréquence des lavages par suite de la possibilité de recirculation du produit fini. Comme indiqué ci-dessus les exemples sont donnes pour illustrer les qualités du produit que l'on obtient par la mise en oeuvre de l'invention. Exem-le 1. On a ajouté à un lait d'amidon de maSs ayant une teneur en matière sèche de 20 r et préparé en amont de ltinstal- lation décrite ci-dessus une préparation d'alpha-amylase produite par Bacillus Licheniformis telle que celle vendue sous le nom de "Termamyl 60" par la société Novo Industri A/s Danemark, à la dose de 0,0363 r par rapport à l'amidon. On a aussi ajouté du carbonate de calcium en une quantité correspondant à 0,25 , de l'amidon. Le débit de la pompe d'alimentation P1 était de 2 400 l/h et sa pression de 5 bars ; la pression de la vapeur entrant dans le réchauffeur R1 était de 2 bars ; la température atteinte dans la dispersion était de 101,5 C, cette température étant atteinte presque instantanément. A la sortie du réchauffeur R1 l'amidon gélatinisé est amené dans l'enceinte de conversion, composée de deux colonnes (Ct-C2) de 1 000 litres de capacité utile, soit une durée d'hydrolyse enzymatique de 25 minutes.A la sortie de la seconde colonne C2, la température de la colle était de 97OC, Puis la colle a été pompée à travers le réchauffeur de désactivation R2 et dans l'enceinte de rétention C4. La tempé rature de la colle était de 131OC à la sortie dX échauffeur R2 et le temps de rétention a été d'1 minute. Le produit obtenu avait une teneur en matière sèche déterminée par réfractométrie de 18,3 % et une teneur en sucres réducteurs de 1,3 % M.S. La viscosité Brookfield était Vitesse de rotation O h 24 h 20 tr/mn 21 cP 21,5 cP ?OOC 50 tr/mn 32 cP 32 cP 100 tr/mn 43 cP 44 cP 20 tr/mn 40 cP 105 cP 50 C 50 tr/mn 51 cP : t03 cP 100 tr/mn 7t cP t27 cP La viscosité Höppler à 12 % MS et 50 C était de 8,2 cP immédiatement et-de 12,1 cP après 24 heures. Exemple 2. On a préparé un lait d'amidon de maïs ayant une teneur en matière sèche de 35 %, auquel on a ajouté une préparation d'enzyme (TERMANYL 60 de NOVO) à raison de 0,0515 % par rapport à l'amidon et du carbonate de calcium à raison de 0,25 % de amidon. La température du lait amidon dans le réchauffeur R1 était de 101 C, en utilisant de la vapeur à 2 bars. De Ri, amidon gélatiniséa été envoyé dans les colonnes de conversion Cl et C2 où il a séjourné pendant 25 minutes, en ayant une température de 97 C à la sortie. De là, la colle a été pompée dans le réchauffeur de désactivation R2 où sa température a été portée à 131 OC et maintenue à ce niveau pendant 1 minute dans l'enceinte de rétention C4. Le produit ainsi obtenu avait une matière sèche réfractométrique de 33,1 % et une teneur en sucres réducteurs de 1,1 %/M.S. La viscosité Brookfield était : Oh 48 h Vitesse de rotation 33,1 %, 70 C 12 %, 50 C 33,1 %, 70 C 12 %, 50 C 20 tr/mn 184 cP 17 cP 286 cP 22,5 cP 50 tr/mn 197 cP 25 cP 283 cP 33,4 cP 100 tr/mn 217 cP 35 cP 283 cP 44 cP La viscosité Hoppler à 12 ra M.S. était de 9,2 c? immédiatement et de 10,5 cP après 48 heures. Exemple 3. Un essai a été effectué à partir d'un lait d'amidon de maSs à 33 % M.S. Le dosage d'enzyme était de 0,451 pour 1000 amidon, toutes les autres conditions étant égales. Les caractéristiques de la colle obtenue furent les suivantes M.S. % mesurée au réfractomètre : 30,2 Viscosité Brookfield de la colle à 25 % M.S. et à la température de 50 C : vitesse 20 tr/mn : 246 cP 50 tr/mn : 250 cP " 100 tr/mn : 251 cP Viscosité Brookfield de la colle à 12 % M.S. et à la température de 50 C : vitesse 20 tr/mn : 19 cP 50 tr/mn : 29 cP " 100 tr/mn : 38 cP Viscosité Höppler de la colle à 12 % M.S. et à la température de 50 C : 10 cP Après conservation des colles à la température de 50OC pendant 24 heures, les chiffres sont les suivants Viscosité Brookfield de la colle à 25 r M.S. et à la température de 509C : vitesse 20 tr/mn : 1 995 cP " 50 tr/mn - : 1 242 cP " 100 tr/mn : 923 cP Viscosité Brookfield de la colle à 12 r M.S. et à la température de 50 C : vitesse 20 tr/mn : 21,5 cP 50 tr/mn : 31,4 cP " 100 tr/mn : 40,6 cP Viscosité Hoppler de la colle à 12 % M.S. et à la température de 50-C 10,2 cP Exemple 4. Un essai a été effectué à partir drun lait d'amidon de mals a- 33 % M.S. Le dosage dXenzyme était de 0,430 pour 1000 d'amidon, toutes les autres conditions restant égales. Les caractéristiques de la colle obtenue furent les suivantes M.S. % mesurée au réfractomètre : 30,4 % Viscosité Brookfield de la colle à 25 % M.S. et à la température de 50 C : vitesse 20 tr/mn : 642 cP 50 tr/mn : 487 cP " 100 tr/mn : 419 cP Viscosité Brookfield de la colle à 12 % M.S. et à température de 50 C : vitesse 20 tr/mn : 24 cP 50 tr/mn : 30 cP " 100 tr/mn : 37 cP Après conservation des colles à la température de 50 C pendant 24 heures, les chiffres sont les suivants : Viscosité Brookfield de la colle à 25 5' M.S. et à température de 50 C : vitesse 20 tr/mn : 3 675 cP 50 tr/mn : 1 780 cP 100 trXmn : 1 350 cP Viscosité Brookfield de la colle à 12 % M.S. et à la température de 50 C : vitesse 20 tr/mn : 41,5 cP 50 tr/mn : 39,2 cP " 100 tr/mn : 42,1 cP Exemple 5. Un essai a été effectué à partir d'un lait de fé- cule de pommes de terre 8 28 % MS. Le dosage d'enzyme était de 0,300 pour 1000 de fécule, celui de CaCO3 de 0,233 5', les temps de contact et température restant les mimes que dans les exemples précédents. Les caractéristiques de la colle obtenue furent les suivantes : M.S. % mesurée au réfractomètre : 25,1 Sucres réducteurs : 1,05 5'/M.S. Viscosité Brookfield de la colle à 25 ffi M.S. et à température de 50 C : vitesse 20 tr/mn : 112 cP " 50 tr/mn : 123 cP " 100 tr/mn : 158 cP Viscosité Brookfield de la colle à 12 % M.S. et à température de 50 C : vitesse 20 tr/mn : 18 cP " 50 tr/mn : 24,3 cP " 100 tr/mn : 34,2 cP Viscosité Höppler de la colle à 25 % M.S. et à température de 50 C : 92,2 cP Viscosité Eoppler de la colle à 12 ffi M.S. et à température de 50 C : 8,3 cP Ces exemples montrent ainsi d'après la formation très réduite de sucres réducteurs et la faible rétrogradation (faible évolution de la viscosité dans le temps) des colles au cours du stockage ou m8me son absence totale, que la transformation de l'amidon par hydrolyse a été régulière et a conduit à des particules de masse moléculaire peu variable. Ils montrent également que, pour un type d'amidon donné mis en suspension aqueuse à une concentration donnée, le degré de transformation au cours de l'hydrolyse enzymatique est une fonction définie du dosage en enzyme. Ceci permet l'obtention rapide et aisée des caractéristiques désirées de la colle. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y entre apportée sans sortir de son cadre tel que défini par les revendications ci-après. REVEEDICATIONS 1. Perfectionnement apporté au procédé de fabrication en continu empois d'amidon consistant à faire passer une dispersion aqueuse d'amidon et d'enzyme dans une zone de gélatinisation par injection de vapeur d'eau, à admettre l'amidon gélatinisé contenant l'enzyme dans une zone de conversion en le maintenant dans cette zone pendant un temps et à une température suffisants pour effectuer le degré désiré dthydrolyse par l'enzyme de l'amidon gélatinisé puis à traiter l'hydrolysat résultant dans une zone de désactivation de l'enzyme pour recueillir finalement un empois d'amidon, perfectionnement caractérisé par le fait que, pour la conversion et ithydrolyse de l'amidon, on fait passer l'amidon gélatinisé, à température sensiblement constante, en régime non turbulent, dans une zone de forme allongée et on fait progresser la solution dans cette zone à une vitesse sensiblement uniforme en chaque point. 2. Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la dispersion à traiter et le produit fini cons- tituent les fluides moteurs entretenant le caractère continu des opérations. 3. Perfectionnement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que l'empois terminé est recyclé pour entraîner en circulation~les fractions de la dispersion incomplètement transformées. 4. Installation pour la mise en oeuvre du procédé perfectionné selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la zone de conversion de forme allongée est constituée dtau moins une colonne et que les bacs de stocka ;ge de la dispersion à traiter et de l'empois final sont munis de contacteurs électro-mécaniques situés à des niveaux différents et agissant sur les différentes pompes et électrovannes de l'installation pour entretenir la circulation désirée du milieu en cours de traitement en le poussant soit par la dispersion à traiter, soit par l'empois finalement recueilli. 5. Empois d'amidon résultant du procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il est de structure homogène à savoir que les molécules d'amidon ont, en moyenne, sensiblement la même dimension particulaire.