Brevet FR2559244A1 — publié le 19850809

"PROCEDE D'OBTENTION DE PRODUIT PARTICULAIRE COMPOSITE CONGELE, PRODUIT, INSTALLATION DE MISE EN OEUVRE L'invention concerne un produit particulaire csccsir congelé, des procédés et installations permettant de produire un tel produit utilisable notamment dans l'industrie alimentaire. Certains produits alimentaires ont une température ds con gélation ou de solidification très basse, par exemple de l'ordre de moins de -10 C et, dans des cas particuliers, même de moins de - 30 C. Par exemple, les produits alimentaires possédant une haute teneur en sucre, tels les produits à base de fruits, bruts ou traités, ont un point le congélation inférieur à - 10 C. Ainsi, le jus d'orange concentré, d'une concentration d'environ 7 : 1 possédant une teneur en sucre de 55 % et contenant de 5 à 6 % de pulpe, s'est révélé presenter une certaine fusion lorsqu'on le dégèle à partir l'un état de congélation profonde à environ - 10 C. Le jus concentre commence à devenir poisseux à environ - 280C et, à des températures supérieures à ce niveau, le produit devient très difficile à manipuler. Pour ia manutention des jus de fruits concentrés congelés, la pratique industrielle actuelle consiste à les conditionner dans de petites boitas ou dans des conteneurs de produits en vrac. Un inconvénient de ce procédé actuel consiste, en raison du genre de conditionnement, en une difficulté de distribuer régulièrement des portions l'un poids précis fixé à volonté et de ce fait, il en résulte que le jus de fruits concentré congelé doit être dégelé avant d'être traité ou manipulé. Etant donné quo le point de fusion du jus d'orange concentré congelé est inférieur à - 10 C, selon la concentration du sucre, les conditions habisuelles de stockage industrielles ne son pas adaptées au maintien du produit dans un état congelé et, bien que le produit conserve ses caractéristiques biologiques, il se transforme en une masse uniforme ou un produit poisseux dans les conditions de stockage usuelles. Actuellement, que le jus de fruits concentré, soit manipulé sous la forme d'une masse congelée ou qu'il soit tout d'abord dégelé, on éprouve toujours les difQiclltés pour manipuler et distribuer le produit en portions mesurées appropriées pour diverses applications. On a recherché un procédé et une installation permettant de produire un produit pam iculaire congelé qu pulse être stocké et sani pulé à des températures supérieures à la température de durcissement. D'une façon générale, la présente invention a pour objet un produit particulaire congelé comprenant un noyau fait d'une matière dont la température de congélation ou de durcissement est relativement basse, et un revêtement fait d'une matière compatible, qui possède une température de durcissement sensiblement supérieure à la température de congélation ou de durcissement de la matière du noyau. Ce produit peut etre stocké et manipulé à des températures inférieures à la température de durcissement de la matière de revêtement mais supérieures à la température de congélation ou de durcissement de la matière du noyau. En particulier, le produit particulaire comprend un noyau et un revêtement superficiel faits d'une matière possédant une température de durcissement inférieure ou égale à environ OaC, la matière de revêtement superficiel ayant une température de durcissement supérieure à la température de durcissement de la matière du noyau, le revêtement superficiel enrobant substantiellement totalement le noyau de manière à permettre le stdckage et la manipulation du produit à des températures comprises entre les températures de durcissement respectives de la matière du noyau et de la matière superficielle. Dans l'acception dans laquelle elle est utilisée, l'expres- sion "température de durcissement" signifie une température à laquelle la matière considérée est effectivement solide pour les besoins de la manutention et du stockage, sans qu'il ne se produise de déformation ni de fluage au stockage pour ce produit particulier. Dans un exemple illustratif, les produits alimentaires congelés sont normalement stockés et manipulés entre, par exemple 00C et environ - 200C. Toutefois, aux températures de - 200 C, certains produits alimentaires se trouvent encore dans un état liquide ou sont au moins des matières visqueuses. Ceci est particulièrement valable pour de nombreux produits alimentaires qui possèdent une haute teneur en sucre et ces produits comprennent les jus de fruits concentrés et les pulpes de fruits. Pour congeler ou durcir de tels produits afin de pouvoir les stocker et les manipuler comme des solides, il est nécessaire que la température du produit soit abaissée à moins d'environ - 300C et ceci impliquerait l'utilisation d'un équipement de réfrigération spécial à basse température.Au contraire, selon la présente invention, de telles matières qui possèdent de basses températures de durcissement peuvent entre stockées et manipulées comme des solides lorsqu'on enferme un noyau d'une telle matière à basse température da duríssement dans un r-ovêtement fait d'une matière qui possède une température de durcissement plus élevée. La présente invention est particulièrement, bien que non exclusivement, appropriée pour l'industrie du traitement et de la manutention des produits alimentaires dans le cas où le stockage et la manutention des produits alimentaires contenant une haute teneur en sucre posent des problèmes spéciaux. En particulier, l'invention est applicable aux matières alimentaires possédant une température de durcissement inférieure à environ - 100 C. Ces matières alimentaires peuvent avoir une température de durcissement de l'ordre de - 200C et, dans certains cas, inférieure ou à peu près égale à 300 C. La matière à utiliser pour le revêtement superficiel du produit particulaire sera naturellement une matière compatible avec la matière du noyau. Dans le cas des produits alimentaires, on peut s'attendre à ce que, pour de nombreuses applications, la matière de revêtement soit avantageusement de l'eau, de manière que la "tempe rature de durcissement" effective de la matière de revêtement superficielle soit de OOC. Toutefois, il est facile de comprendre que, pour apporter certains avantages le stockage et de manutention, la matière de revêtement superficielle a simplement à possèder la température de durcissement supérieure à la température de durcissement de la matière du noyau.Par conséquent, dans le cas d'un noyau composé d'un jus de fruits concentré, la matière lu revêtement superficiel peut être constituée par exemple, d'un jus de fruits pur (non concentre) ou d'un jU3 de fruits dilué. Dans tous les cas, il est préférable que la matière du revêtement superficiel possède une température de dur- cissement supérieure ou égale à environ - 180C. On s'attend à ce que la détermination de l'épaisseur du revêtement superficiel soit importante pour permettre de tirer le maximum des avantages potentiels de la présente invention. En parti- culier, l'épaisseur du revêtement superficiel est de préférence suffisante pour conférer au produit particulaire une résistance mécani- que permettant de stocker et de manipuler le produit particulaire à des températures comprises entre les températures de durcissement respectives de la matière du noyau et de la matière superficielle (intervalle de température dans lequel le noyau sera liquide ou visqueux) sans que le revêtement superficiel ne se fissure ni n'éclate dans les conditions normales de manutention et de stockage de ces matières. S'il devait se produire une fissuration ou un éclatement, la matière du noyau pourrait fuir à travers le revêtement superficiel et provo quer des adhérences entre les particules adjacentes,. ce qui entrainerait une perte des prduriétés avantageuses de manutention d'un volume du produit particulaire. Naturellement, dans le cas du conli- tionnement et de la manutention en vrac des produits particulaires, il peut êtrs tout à fait admissible que certaines des particules soient fissurées ou brisées et que la matière du noyau s'écoule dans la masse de produit en vrac sans que la possibilité de manipuler le produit sensiblement comme un solide particulaire ne soit entièrement perdue. Le revêtement superficiel est de préférence d'une épaisseur substantiellement régulière sur toute son étendue, l'épaisseur minima étant égale ou supérieure à une certaine épaisseur déterminée sur la base de la résistance mécanique exigée pour le revetement. La présence d'une épaisseur uniforme est considérée comme souhaitable afin que la quantité de matière de revetement superficielle qui doit être congelée puisse etre réduite à un minimum, ce qui permet de réduire au minimum la capacité de réfrigération nécessaire pour produire les particules. Pour permettre d'obtenir une épaisseur régulière du revêtement superficiel, le produit particulaire est d'une forme sensiblement régulière. Par exemple, le produit particulaire peut être d'une forme générale hexaédrique, ou encore il peut etre de forme générale sphérique. Le procédé de production de produits particulaires congelés comprend une phase initiale consistant à congeler au moins partiellement la matière du noyau .pour produire un produit au moins partiellement congelé. Pour de nombreuses matières et, en particulier, pour les matières alimentaires, il n'y a pas de point de congélation bien défini et, lorsque la température de la matière est progressivement abaissée le produit devient de plus en plus visqueux pour atteindre progressivement un état effectivement solide. La phase de congélation partielle est de préférence mise en oeuvre de manière à produire un produit partiellement congelé, mou, visqueux et qui possède un faible degré d'adhésivité.Dans le cas des jus de fruits concentrés ou des pulpes de fruits, la phase de congélation partielle est de préférence conduite de manière à abaisser la température du produit à une température comprise entre environ - 250C et - 300 c. Le procédé comprend en outre la phase consistant à calibrer la matière de noyau partiellement congelée pour produire des particules de noyau comprises dans l'intervalle de dimension nécessaire. La phase de calibrage est de préférence effectuée de manière à produire des particules de noyau d'une forme désirée. Au cours de la phase de calibrage, le produit con tita!sif des noyaux est agité ou retourné de manière à ce que, lorsque le pro duit durcit, pendant que sa température est abaissée, l'agitation ou le retournement tende à briser les gros morceaux de matière en fragments plus petis. Selon un autre mole, le produit de noyau partiellement cor. gelé est soumis à une compression, pour former une masse de produit relativement dense, cette masse étant ensuite, par exemple, découpée pour produire des particules noyaux possédant les dimensions et formes régulières. Par exemple, le produit de noyau partiellement congelé lé peut être comprimé en une feuille d'une épaisseur appropriée et la feuille peut être ensuite découpée pour produire des particules no- yaux de forme générale cubique. La matière le noyau partiellement congelée peut entre sou- mise à une extrusion à travers une filière ou des filières9 lBextrade ou les extrudés émergeants étant découpés à une cadence réglée de manière à produire des particules noyaux de dimensions choisies Pendant toute la durée du calibrage, la matière de noyau au moins partiellement congelée est de préférence maintenue à une température appropriée pour maintenir la matière de noyau dans un état visqueux. Dans le cas d'un jus le fruits concentré possédant un taux de concentration le 6 : 1 ou 7 : 1, la température de la matière du noyau est de préférence maintenue à environ - 30 C pendant toute la phase de calibrage. Le procédé de la présente invention comprend de préférence en outre une phase de congélation totale de la matière de noyau cali- brée issue de la phase de calibrage La congélation totale peut être exécutée au moyen d'un réfrigérant cryogénique qui peut se présenter sous la forme liquide, gazeuse ou solide, su sous la forme d'un mêlant ge de ces différentes phases.Par exemple, on peut utiliser de l'azote liquide ou du C02 liquide ou solide Dans une possibilité, les parti- cules noyaux peuvent être immergées dans le liquide cryogénique ou exposées à une pulvérisation de liquide cryogénique (telle qu'une pulvérisation de C02 liquide qui donne du C02 gazeux et de la neige de CO2). De préférence, les particules de noyaux résultant de l'opération do congélation totale sont à une température inférieure à la tempéra- ture de durcissement de la matière du noyau.Dans le cas de jus de fruits concentrés, les particules noyaux peuvent être abaissées en température à par exemple, environ - 400 C. Le temps de séjour des particules noyaux qui subissent la congélation totale sera déterminé par le durcissement désiré des particules de noyaux et par la température finale désirée pour les particules noyaux, ainsi que par l'en vironnement auquel les particules sont exposées pendant la phase de congélation totale. Le procédé comprend en outre, la phase consistant à revêtir les particules noyaux de la matière superficielle qui possède une température de durcissement supérieure à la température de durcissement de la matière du noyau ; cette phase de revêtement étant de préférence exécutée de manière à produire sur la matière du noyau un revêtement-superficiel possédant une épaisseur sensiblement uniforme. En outre, l'épaisseur du revêtement est de préférence suffisante pour donner la résistance mécanique désirée. L'opération de revêtement est exécutée par revêtement des particules noyaux avec une matière superficielle présentée à l'état liquide ou semi-liquide, c'est-à-dire à une température supérieure à sa température de durcissement. La température des particules noyaux qui sont soumises à l'opération de revêtement est dé préférence suffisamment inférieure à la température de durcissement de la matière de revêtement afin d'obtenir une transmission de chaleur de la matière de revêtement à la particule noyau dans une mesure suffisante pour que la matière de revêtement superficielle durcisse. Le revêtement des particules noyaux peut s'effectuer en immergeant les particules noyaux dans une masse de matière superficielle. En variante, le revêtement peut être réalisé en pulvérisant la matière de revêtement sur les particules noyaux. Par exemple, dans le cas de particules noyaux composées d'un jus de fruits concentré à une température d'environ - 400 C, ces particules noyaux peuvent être immergées dans un bain d'eau à environ 2 à 30C, ce qui détermine une congélation immédiate de l'eau autour des surfaces des particules noyaux, en créant ainsi un revêtement superficiel autour de chaque particule noyau. La durée d'immersion peut être déterminée par la différence de température existant entre la particule noyau acheminée au bain et la température de la matière de revêtement contenue dans le bain ainsi que par l'épaisseur désirée pour le revêtement superficiel final. Les particules revêtues peuvent être extraites du bain de matière de revêtement superficielle par n'importe quel moyen approprié, par exemple par un transporteur fonctionnant en continu. Le revêtement peut également être réalisé par exposition des particules noyaux de matière à une pulvérisation de la matière de revêtement superficielle à une température légèrement supérieure à sa température de durcissement, sur les particules noyaux. De prelerence, les particules noyaux sont agitées pendant l'opération de pulvérisation de manière que la pulvérisation de matière de revêtement superficielle rencontre toutes les parties de particules noyaux et donne naissance à un revêtement superficiel sensiblement uniforme et qui possède une épaisseur minima désirée.Comme dans le cas le l'immersion dans un bain de matière de revêtement, les particules de la pulvérisation de matière de revêtement se congèlent immédiatement en entrant en contact avec les particules noyaux entièrement congelée et elles forment progressivement un revêtement superficiel autout des particules noyaux. Il sera facile de comprendre que le procédé et l1installa- tion peuvent être mis en oeuvre dans ls mole discontinu ou dans le mole continu. L'installation de mise en oeuvre de oye procédé en plusieurs phases comprend des moyens de congélation partielle réfrigérés par voie cryogénique présentant n'importe quelle construction et nlimporie quel mode de fonctionnement approprié.Par exemple5 les moyens de congélation peuvent comprendre un tunnel réfrigéré par voie cryogéni que et dans lequel on fait passer le produit du noyaux le tunnel étant exposé à une pulvérisation d'azote liquide ou de dioxyde da carbone liquide (qui donne du dioxyde de carbone gazeux et de la "neigez' le C02) de manière à congeler partiellement le produit qui passe dans le tunnel à la température nécessaire pour donner un produit de sortie qui possède les propriétés physiques requises. L'installation comprend ensuite des moyens de calibrage d'un type adapté soit à l'agitation et au retournement du produit cons titutif du noyau ; soit à la compression du produit, par exemple en feuille d'épaisseur appropriée, puis au découpage en particules de forme cubique ; soit à l'extrusion, dans une extrudeuse a travers une filière ou des filières, munie de moyens de découpage à cadence régulée. L'installation comprend des moyens de congélation totale du type moyen de congélation cryogénique,constitué par une enceinte,de congélation totale,du bain de liquide- cryogénique ou une chambre de pulvérisation, qui agit sur les particules noyaux qui traversent ce bain ou cette chambre ou encore d'autres moyens appropriés pour assurer une congélation totale des particules noyaux. En outre, les moyens de revêtement par immersion ou pulvérisation peuvent comprendre une enceinte d'immersion des particules noyaux dans la masse de matière superficielle. Dans une variante, les moyens de revêtement de l'installation peuvent comprendre des moyens de pulvérisation qui pulvérisent la matière de revêtement superficielle. Le produit final du-procédé et de l'installation selon l'invention sera constitué par une matière particulaire congelée qui comprend un noyau intérieur qui peut être liquide, mou ou poisseux et un revêtement superficiel extérieur congelé qui est dur, pour les besoins du stockage et de la manutention aux températures normales d'exécution de ces opérations. Le produit particulaire considéré comprend un noyau fait d'un jus ou d'une pulpe de fruit concentré possédant une haute teneur en sucre et une température le durcissement, par exemple inférieure-outà peu près égale à - 300C, et un revêtement de glace qui recouvre toute la surface du noyau sans laisser aucune partie du noyau non recouverte, par où la matière du noyau pourrait fuir.En outre, l'épaisseur du revêtement de glace sera suffisante pour permettre au revêtement de résister aux pressions ou chocs mécaniques normaux pendant les opérations normales de stockage et de manutention. Il ressort de la description donnée ci-dessus qu'un avantage de l'invention consiste dans l'aptitude du produit final à conserver sa forme dans les conditions actuelles du stockage industriel à l'état congelé. Par exemple, le produit qui comprend un revêtement de glace entourant une matière de noyau qui possède uns température de durcissement très inférieure peut être stockée à une température comprise entre OOC et, par exemple, - 1000, température qui est dans les capacités des congélateurs industriels et ménagers normaux. Un autre avantage résulte de l'aptitude du produit à con serveur sa forme. En particulier, le produit final peut être traité et directement fourni au consommateur et, en fait, il est possible de réaliser différents mélanges de produits alimentaires avant de les revêtir, pour obtenir un produit final qui peut être consommé tel quel. Par exemple, les consommateurs privés peuvent acheter le produit final dans un emballage et reconstituer le jus de fruits par exemple en prenant une dose requise de particules revêtues et en ajoutant simz plement de l'eau pour dégeler le revêtement superficiel de glace Un autre avantage, pour l'industriel qui utilise le produit selon l'invention, consiste dans la facilité avec laquelle on peut dégeler la matière et distribuer le produit parti cul aire selon le besoin. Etant donné que la forme du produit peut être ajustée pen dant sa production, ce qui est obtenu dans la forme préférée de mise en oeuvre de l'invention par le calibrage de la matière de noyau partiellement congelée, il est possible de distribuer le produit parti- culaire congelé final en quantités d'un poids précis9 pour le conditionner ou le mélanger avec l'autres matières alimentaires au cours d'une opération de préparation de produits alimentaires Par exemple dans le cas d'un produit fabriqué pour le marché privés un cube de produit comprenant un noyau concentré et un revêtement superficiel de glace peut être fabriqué avec une précision telle que le cube puisse être utilisé pour produire exactement un verre de jus de fruits reconstitué. Le dessin annexe illustre à titre non limitatif sous la forme l'un schéma bloc les phases du procédé et les étages de l'ins- tallation selon la forme préférée de mise en oeuvre le l'invention Le jus de fruit concentré circule dans la canalisation (1), l'enceinte de congélation partielle du type tunnel (2) est réfrigérée par voie du liquide cryogénique (3) la matière du noyau partiellement congelée entre - 25 et - 300C est véhiculée vers l'extrudeuse (4) et le moyen de découpage-calibrage (5), de là les particules noyaux de dimensions définies sont acheminées vers 1 'enceinte de congélation totale (6), où elles sont refroidies à - 400C par l'intermédiaire du fluide cryogénique (7), ensuite les particules noyaux totalement congelées sont revêtues de l'enrobage le matière superficielle dans l'enceinte de revêtement (8) alimentée en eau (9) et le produit particulaire est extrait en (10). REVEUDICATIONS 1. Produit particulaire composite congelé, caractérisé en ce qu'il comprend un noyau et un revêtement superficiel fait d'une matière possédant une température de durcissement inférieure ou égale à environ OOC, la matière de revêtement superficiel compatible, ayant une température de durcissement supérieure à la température de durcissement de la matière du noyau, le revêtement superficiel enrobant substantiellement totalement le noyau de manière à permettre le stockage et la manipulation du produit à des températures comprises entre les températures de durcissement respectives de la matière du noyau et de la matière superficielle. 2. Produit particulaire composite congelé, selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement superficiel est substantiellement régulière, l'épaisseur minima étant égale ou supérieure à une épaisseur déterminée sur la base de la résistance mécanique exigée pour le revêtement ; le produit particulaire étant d'une forme sensiblement régulière. 3. Procédé de production de produit particulaire composite congelé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une phase initiale de congélation partielle de la matière du noyau ; suivie d'une phase de calibrage de la matière de noyau partiellement congelée, pendant toute la durée de la dite phase la température étant maintenue de manière à ce que la matière de noyau soit dans un état visqueux ; et en outre une phase de congélation totale de la matière du noyau issue de la phase de calibrage, une phase de revêtement des particules noyaux par la matière superficielle présentée à l'état liquide ou semi-liquide. 4. Procédé de production de produit particulaire composite congelé selon la revendication 3, caractérisé en ce que au cours de la phase de congélation partielle, la matière du noyau est soumise à l'action d'un fluide cryogénique, par pulvérisation d'azote liquide ou de dioxyde de carbone ; et en ce que dans la phase de congélation totale les particules noyaux sont soumises à l'action d'un fluide cryogénique sous forme liquide, gazeuse ou solide, tel l'azote liquide ou du dioxyde de carbone solide ou liquide, les particules noyaux étant immerges dans le liquide cryogénique ou exposées à une pulvérisation. 5. Procédé de production de produit particulaire composite congelé selon la reve-ndication 4, caractérise en ce que au cours de la phase de calibrage, la matière de noyau partiellement congelée est soumise à une compression, puis à un découpage de particules noyaux de dimensions et formes régulières. 6. Procédé de production de produit particulaire composite congelé selon la revendication 4, caractérisé en ce que au cours de la phase de calibrage, la matière de noyau partiellement congelée est soumise à une extrusion, les extrudés étant découpés à une cadenr ce réglée de manière à produire des particules noyaux de dimensions choisies. 7. Procédé de production de produit particulaire composite congelé selon une quelconque les revendications 3 à 6, caractérisé en ce que pendant l'opération de revêtement la température des particules noyaux est suffisamment inférieure à la température de durcissement de la matière de revêtement,afin d'obtenir une transmission de chaleur de la matière de revêtement à la particule noyau dans une mesure suffisante pour que la matière de revêtement supe-mSicielle durcisse ; la dite opération de revêtement étant réalisée par immersion des particules noyaux dans un bain de matière superficielle 3 la durée d'immersion étant fonebion de la différence de température eris tapit entre la particule noyau acheminée au bain ainsi que par l'épais- seur désirée pour le revetement supefîciel final ; ou par exposition des particules noyaux a une pulvérisation de la matière de revêtement superficielle à une température légèrement supérieure à sa température re de durcissement s les particules noyaux étant agitées au cours de l'opération de pulvérisation 8.Procédé de production de produit particulaire composite congelé, selon la revendication 32 quand la matière du noyau est constitué par un produit alimentaire du -I;gps jus de fruits concentrés ou pulpes de fruits, possédant une haute teneur en sucre, caractérisé en ce que la phase de congélation partielle est conduite de manière à abaisser la température du produit à une température comprise entre - 250C et - 300 C; et pendant toute la phase de calibrage, la tempéra- ture est maintenue à environ - 300C ; au cours de la phase de congelé tion totale, la température des particules noyaux pouvant être abaissée à environ - 400C , les dites particules noyaux étant immergées dans un bain d'eau à environ 2 à 30C. 9. Installation de mise en oeuvre du procédé de produit particulaire composite congelé, selon une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de congé lation partielle réfrigérés par voie cryogénique ; des moyens de calibrage d'un type adapté soit à l'agitation ou au retournement du produit constitutif des noyaux, soit à la compression puis au découpage, soit à l'extrusion ; des moyens de congélation totale comprenant des moyens-de congélation cryogénique ; des moyens de revêtement par immersion ou pulvérisation. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un tunnel réfrigéré par voie cryogénique, dans lequel on fait passer le produit du noyau, une extrudeuse-découpeuseS munie de moyens de découpage à cadence régulée ; une enceinte de congélation totale destinée à contenir le bain de liquide cryogénique ou une chambre de pulvérisation du liquide cryogénique et une enceinte d'immersion des particules noyaux dans la matière superficielle, ou une chambre le pulvérisation de la matière de revêtement superficielle.