Brevet FR2406396A1 — publié le 19790518

L'invention concerne un procédé de stérilisation de boissons. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Par boissons* on désignera, dans la présente description et dans les revendications annexées, des boissons, gazeuses ou non, sucrées et/ou aromatisées, non alcoolisées oufaiblement alcoolisées (y compris le vin et le cidre, mais à l'exclusion de la bière). On notera que le lait ne constitue toutefois pas une boisson au sens de la présente invention. Parmi les boissons auxquelles s'applique plus particulibr-- ment ce procédé, on mentionnera les sirops, ctest-å-dire des boissons sucrées et aromatisées à l'aide d'extraits naturels, notamment à base de fruits, ou synthétiques, que l'on dilue avant de les consommer. Ces sirops, de meme que les boissons désignées par le terme générique de "softdrinksw,sont habituellement conditionnés dans des bouteilles en verre, dans des bidons ou des conteneurs métalliques ou dans des récipients en un complexe carton-poly4- thylène. Une fois ces conditionnements emplis et obturés de façon étanche, on procède à une stérilisation in situ de leur contenu par pasteurisation. Dans ce but, on introduit les récipients pleins dans un dispositif de pasteurisation, dans lequel ils sont immergés dans de l'eau dont la température est d'abord élevée Jusqu'à la tee- pérature de stérilisation retenue, généralement de l'ordre de 95oC, puis est maintenue pendant une durée suffisante à cette valeur, avant d'être ramenée à la température ambiante, afin de permettre la manutention des récipients. Outre le fait que de tels pasteurisateurs sont très volumi neux -donc cohteux-, du fait du nombre de conditionnements à traiter quotidiennement, ils présentent l'inconvénient que le cycle de pasteurisation est particulièrement long, puisqu'il faut en général 10 minutes pour atteindre la température de st4- rilisation, puis un maintien de 20 minutes à cette température et enfin 10 minutes pour revenir à la température ambiante, soit au total environ 40 minutes. La quantité d'énergie nécessitée par un tel mode de pasteurisation est également très élevée et la maintenance de l'appareillage conteuse Enfin, un tel procédé de pasteurisation ne peut s'appliquer qu'à des conditionnements en certains matériaux, tandis que d'autres, par exemple les complexes carton-polyéthylène, ne supportent pas une immersion prolongée dans un liquide à haute température. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un procédé simple et peu cottes pour la stérilisation de sirops et autres boissons. Un but de l'invention est donc un procédé de stérilisation de boissons qui peut autre mis en oeuvre à cadence élevée, sans nécessiter de grandes dépenses d'énergie, ni d'appareillage cot- teux et volumineux. Un autre but de l'invention est un procédé de stérilisation de boissons qui peut autre appliqué à des boissons contenues dans des récipients ne supportant pas une immersion prolongée dans un liquide à température élevée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de stérilisation d'une boisson à l'intérieur d'un conditionnement en un matériau ne formant pas écran total aux micro-ondes, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on soumet ladite boisson à l'action de micro-ondes d'une fréquence comprise entre 800 et 22 000 NH z L'invention a également pour objet un dispositif pour la stérilisation d'une boisson à l'intérieur dtun conditionnement en un matériau ne faisant pas écran total aux micro-ondes, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cavité résonnante formant un tunnel, équipée d'une antenne reliée à un générateur de micro-ondes, et au moins un moyen de convoyage pour acheminer ledit conditionnement à l'intérieur de la cavité résonnante. Les Demandeurs ont en effet établi qu'il est possible de stériliser des boissons du type mentionné ci-dessus en les exposant à des micro-ondes ou ondes ultra-haute fréquence (encore dites ondes U.H.F.). Au sens de la présente demande, on désignera par micro-ondes des ondes d'une fréquence comprise entre 800 et 22 000 MHz, étant entendu que seules certaines bandes de fréquence sont réservées par les législations existantes aux utilisations industrielles. On sait que les micro-ondes connaissent des applications industrielles étendues dans le domaine du chauffage in situ de matériaux et qu'elles servent en particulier à la vulcanisation d'articles en caoutchouc, au préchauffage d'ébauches de caoutchouc avant moulage ou au soudage de feuilles de matière plastique entre elles, ou bien encore à la décongélation, au séchage, etc... Le procédé conforme à la présente invention constitue toutefois une application nouvelle des micro-ondes, qui se distingue de celles de la technique antérieure en ce qu'elle ne fait pas appel au chauffage des boissons traitées au moyen des microondes, l'élévation de température de celles-ci sous l'effet des micro-ondes étant de l'ordre de 30C et, par conséquent, bien insuffisante pour provoquer la destruction des micro-organismes qu'elles peuvent contenir. Les Demandeurs ont d'ailleurs constaté avec surprise, sans pouvoir avancer d'explications théoriques de ce phénomène, que le procédé de stérilisation conforme à l'invention ne provoque pas nécessairement la destruction des micro-organismes présents dans les boissons, comme c'est le cas à la suite d'une pasteurisation, mais que les micro-organismes qui peuvent éventuellement demeurer présents dans les boissons ne se reproduisent pas, ce qui élimine ainsi toute contamination ultérieure du milieu. La durée d'exposition des boissons à l'action des microondes dépend naturellement de la boisson considérée, des microorganismes présents, de l'énergie dissipée dans la cavité résonnante et de la température de la boisson, mais elle est habituellement comprise entre 10 et quelques dizaines de secondes suivant la charge et, dans la plupart des cas, une durée d'exposition de l'ordre de quelques dizaines de secondes suffit pour obtenir une stérilisation satisfaisante. La mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention est donc infiniment plus rapide que dans le cas des procédés usuels faisant intervenir une pas teurisation. Dans la pratique, ia puissance de l'installation utilisée sera comprise entre O et 20 kw. La température des boissons soumise à l'effet des micro-ondes pourra varier de la tempra- ture ambiante à 150 C, mais, de préférence, elle sera comprise entre 40 et 800C, ce qui impliquera un préchauffage des boissons avant passage dans le tunnel à micro-ondes. Dans de telles conditions de mise en oeuvre de l'invention, tous les micro-organismes usuels des boissons mentionnées cidessus sont détruits ou neutralisés en quelques secondes. Les Demandeurs ont meme constaté avec étonnement que des contaminants connus pour leur résistance à des températures élevées de pasteurisation (20 minutes, à 1250C, dans le cas de Bacillus stéarothermophilus) sont eux aussi rendus stériles ou non évolutifs en quelques secondes par le procédé selon l'invention. La mise en oeuvre de ce procédé suppose naturellement que les conditionnements dans lesquels sont contenues les boissons traitées soient en un ou plusieurs matériaux qui ne fassent pas écran total à la propagation des micro-ondes. On pourra utiliser des récipients en verre, en matière plastique, ou en un complexe carton-matière plastique. L'utilisation de conditionnements entièrement métalliques est exclue, mais, par contre, les conditionnements peuvent sans inconvénient comprendre certaines pièces métalliques, par exemple des organes de bouchage. Il est à noter que le dispositif de mise en oeuvre conforme l'invention ne comporte que des organes bien connus dans la technique des micro-ondes (magnétrons, guides d'ondes, cavités résonnantes, antennes à fentes rayonnantes ou autres) dont l'utilisation ne pose aucun problème pour un personnel qualifié. Ce dispositif ne sera donc pas décrit en détail, et l'on se contentera de le définir brièvement, en référence aux dessins annexés, sur lesquels t La figure 1 est une vue schématique, en élévation latérale, de l'ensemble du dispositif La figure 2 est une vue de détail, partiellement éclatée, à plus grande échelle, de ce mye dispositif. Comme on le voit sur les dessins, ce dispositif est constitué d'une succession de modules 1 et 2, à l'intérieur desquels circulent des conditionnements 3emplis d'une boisson à traiter, qui sont entrainés par deux convoyeurs continus parallèles 4. Les modules 1 comprennent des cavités résonnantes 5, représentées plus en détail sur la figure 2, à l'intérieur desquelles les conditionnements 3 sont soumis à l'effet d'ondes à ultra-haute fréquence, tandis que les modules 2 comprennent des guides d'ondes 6, reliant les cavités 3 successives, à l'intérieur desquels circulent les convoyeurs 4. A l'intérieur de chaque cavité résonnante 5 est prévue, de façon connue en soi, une antenne 7 à fentes rayonnantes, reliée par un guide d'ondes 8 à un magnétron 9, générateur d'ondes à ultra-haute fréquence. On voit qu'un tel appareillage est compact et facile à utiliser. La vitesse des convoyeurs 4 est déterminée en fonction de la longueur du tunnel, de la puissance du magnétron et de la nature des boissons à traiter. En général, la durée de séjour des conditionnements 3 dans le tunnel est de 1'ordre de quelques dizaines de secondes. A titre d'exemple, les Demandeurs ont réalisé un tunnel à micro-ondes du type représenté, équipé de deux convoyeurs munis d'un système indépendant de régulation de vitesse. La longueur du tunnel est de 3,3 mètres, sa hauteur de 1,90 mètre et sa largeur d'un mètre.Les micro-ondes émises ont une fréquence de 2 450 MHz et la puissance utile peut étre réglée entre 0 et 20 kw. Avec un tel tunnel, utilisé pour traiter des sirops de fruits contaminés par divers micro-organismes (voir Exemplesciaprès) et logés dans des conditionnements d'une contenance d'un litre en un complexe carton-polyéthylène, il s'est révélé possible de stériliser de façon satisfaisante en moyenne 4 000 conditionnements d'une capacité d'un litre par heure. Les Exemples suivant illustrent l'efficacité du procédé de stérilisation conforme à l'invention. EXEMPLE 1 Après différents essais, un sirop de grenadine pur fruits (contenant du Jus de cassis, de framboises, de groseilles et de citron et présentant de ce fait des difficultés de conservation à cause d'un milieu parfait de prolifération bactériologique) a été volontairement ensemencé avec divers micro-organismes (levures et bactéries) connus pour leur développement rapide en milieu sucré (Leuconostoc mesentorïdes, Rhodotorula glutinis, Candida parapsilosis, Torulopsis inconspicua). Il a été ajouté un Bacillus stéarothermophilus (bacille thermorésistant habituellement détruit par un maintien de 20 minutes à une température de 1230)1 afin d'étudier son comportement aux micro-ondes. Trois essais, références Essais 1, 2 et ont été effectués dans un stérilisateur conforme à l'invention. Le Tableau I ciaprès résume les conditions de ces essais et les résultats des mesures effectuées au temps 0 (dénombrement réalisé 4 heures après le passage en stérilisateur) et après 13 jours d'incubation en étuve à 28 ou 32 C suivant les cas. Les dénombrements sont exprimés en C F U/ml (colony forming unit), la température initiale (ei) étant la température de l'échantillon après préchauffage et le temps d'exposition aux micro-ondes (Te) étant le temps nécessaire pour stériliser les sirops. Ces essais réalisés dans le stérilisateur mis au point par les Demandeurs montrent de façon concluante l'efficacité du procédé de stérilisation conforme à l'invention. - TABLEAU I- TEMPS ZERO Après 15 jours d'incubation à + 32 C Echan tillon N Avant Traitement 1 1,7.10 285 250 410 520 1,9.10 195 260 730 2,4 . 10 Témoin 2 1,96.10 216 270 440 500 2,4.10 208 720 1 200 5 . 104 à 43 C 3 1,60.10 274 230 390 530 1,8.10 264 410 980 3,2 . 10 Après Traitement Essai 1 1 1,56.10 70 30 130 150 1,7. 10 120 Abs Abs Abs #i = 43 C 2 1,3.10 30 70 40 110 1,5.10 90 Abs Abs Abs Te = 1 mn 40s 3 1,39.10 50 90 220 260 1,8.10 60 Abs Abs Abs - TABLEAU I - (Suite 1) TEMPS ZERO Après 15 jours d'incubation à + 32 C Echan tillon N Avant Traitement 1 1,56.10 210 120 390 340 1,7.10 210 80 940 3,9.10 Témoin 2 1,74.10 190 280 280 370 2,1.10 198 112 740 2,7.104 à 48 C 3 1,70.10 185 310 310 350 1,2.10 240 230 510 7,2.10 Après Traitement Essai 2 1 1,47.10 3 Abs Abs Abs 1,1.10 Abs Abs Abs Abs #i = 48 C 2 1,52.10 6 Abs Abs Abs 2,1.10 Abs Abs Abs Abs Te = 1 mn 3 1,58.10 6 Abs Abs Abs 1,7.10 Abs Abs Abs Abs - TABLEAU I - (Suite 2) TEMPS ZERO Après 15 jours d'inoubation à + 32 C Echan tillon N Après Traitement Essai 3 1 1,38.10 Abs Abs Abs Abs 2,4.10 Abs Abs Abs Abs #i = 48 C 2 1,44.10 Abs Abs Abs Abs 1,7.10 Abs Abs Abs Abs Te = 1 mn 40s 3 1,62.10 Abs Abs Abs Abs 1,9.10 Abs Abs Abs Abs EXEMPLE 2 Un sirop de grenadine analogue à celui de l'Exemple 1 a été ensemencé avec différentes levures propres aux sirops, du genre Saccharomyces (Saccharomices bailli, Saccharomices rosei, Saccharomyces ceverisiae). Quatre essais, références essais 4, 3, 6 et 7, ont été effectués dans un stérilisateur conforme à l'invention. Les conditions de ces essais et les résultats des mesures effectuées au temps zéro et après 13 jours d'incubation sont rassemblés dans le Tableau II ci-après. Dans ce Tableau, #i désigne la température de l'échantillon au début de l'exposition aux microondes, #f la température finale de cet échantillon après exposition aux micro-ondes et Te la durée d'exposition. Comme dans le précédent Tableau, les dénombrements sont exprimés en C F U /ml. Ces essais, comme les précédents, prouvent l'efficacité du procédé conforme à l'invention. Ils illustrent en outre le fait que ltexposition des boissons aux micro-ondes n'entraîne qu'une faible élévation de température, de l'ordre de 1 à 40C. - TABLEAU II - Echantillon n Temps zéro Après 15 jours d'incubation à 2 Levures Levures Avant traitement 1 16 500 Témoin à 14 C 2 19 500 3 15 000 4 20 000 Après traitement 1 15 900 Abs. Essai 4 2 18 500 Abs. #i + 14 C 3 15 000 Abs. #f : 15 C 4 19 500 Abs. Te : 1 mn 40s Après traitement Essai 5 1 5 500 Abs. #i : 15 C 2 9 000 Abs. #f : 19 C 3 9 700 Abs. Te : 1 mn 40s 4 10 500 Abs. Avant traitement 1 13 000 Témoin à 48 C 2 11 500 3 12 500 4 12 700 Après traitement Essai 6 1 11 400 Abs. #i : 48 C 2 8 600 Abs. #f : 49 C 3 10 200 Abs. Te : 1 mn 40s 4 11 200 Abs. Après traitement Essai 7 1 1 500 Abs. #i : 43 C 2 600 Abs. #f : 47 C 3 1 100 Abs. Te : 1 mn 40s 4 900 Abs. REVEND ICATI0 NS 1.- Procédé de stérilisation d'une boisson à l'intérieur d'un conditionnement en un matériau ne formant pas écran total aux micro-ondes, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on soumet ladite boisson à l'action de micro-ondes d'une fréquence comprise entre 800 et 22 000 MHz. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite boisson est soumise à l'action des micro-ondes pendant une durée comprise entre 10 et quelques dizaines de secondes. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite boisson est préchauffée à une température comprise entre 40 et 800C avant d'être soumise à l'action des micro-ondes. 4.- Dispositif pour la stérilisation d'une boisson à l'intrieur d'un conditionnement en un matériau ne faisant pas écran total aux micro-ondes, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cavité résonnante formant tunnel, équipée d'une antenne reliée à un générateur de micro-ondes et au moins un moyen de convoyage pour acheminer ledit conditionnement à 1'intérieur de la cavité résonnante. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de cavités résonnantes en série, reliées entre elles par des guides d'ondes. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de préchauffage de ladite boisson.