Brevet FR2562809A1 — publié le 19851018

Cuve de production de coagulats, notamment alimentaires, et procédé de production de tels coagulats L'invention a pour objet une cuve de production indus trie île de coagulats, notamment de coagulats alimentaires, et un procédé de production de coagulats mettant en oeuvre une telle cuve. Elle trouve une application particuliere- ment importante dans la fabrication de masse unitaire importante de yaourt présentant une qualité comparable à celle obtenue par la préparation en pots. Dans la fabrication industrielle de yaourt, on a jusqu'ici admis que le paramètre essentiel à maîtriser était la température. De façon plus précise, l'hypothèse admise jusqu'a présent était que la condition essentielle à remplir était l'obtention d'une température homogène dans la masse et la possibilité de faire passer cette température rapidement d'une valeur prédéterminée à laquelle se produit l'acidification, 400C environ, à une températureégalement déterminée, plus faible, à laquelle se développent les propriétés gustatives. Pour cela, on a réalisé des cuves comportant un organe d'échange de chaleur qui trempe dans la masse de coagulat et la fractionne en des zones d'épaisseur suffisamment réduite pour que les différences de température y soient faibles en dépit de la faible conductibilité thermique du coagulat.Des solutions de ce type sont notamment décrites dans les documents FR-A-2 088 169 et 2 446 601. Ces dispositions, et notamment la seconde, permettent effectivement d'atteindre des résultats plus favorables que celles antérieurement adoptées, impliquant un brassage du coagulat pour homogénéiser sa température. Mais il est maintenant apparu qu'un élément essentiel supplémentaire était resté inaperçu. Les qualités gustatives du yaourt sont énormément affectées si intervient une exsudation, même faible, du sérum et du caillé en cours de fabrication. Au surplus, cette séparation, si elle intervient, constitue une contre-indication à la surgélation ultérieure du produit, qu'il soit pur ou additionné de fruits. L'invention part notamment de la constatation que de nombreux facteurs sont susceptibles d'amorcer cette séparation. En particulier, il se produit un phénomène de retrait du caillé au cours de son refroidissement à partir de la température d'acidification. Ce retrait se traduit par l'apparition de poches où se collecte le sérum sous les croisons éventuelles et au droit des cavités. Tout brassage énergique de la masse "casse" également celle-ci et diminue la rétention du sérùm par le caillé. Une cuve de production industrielle de coagulats suivant un premier aspect de l'invention est délimitée par des parois à face interne lisse sensiblement verticales, munies d'un circuit de circulation d'un liquide d'échange thermique et d'éléments verticaux lisses d'échange thermique répartis dans la cuve, reliés à des moyens de circulation d'un liquide d'échange thermique qui sera généralement le-même que celui qui parcourt les parois, les éléments et la cuve délimitant des espaces relativement étroits et réguliers de façon à assurer l'homogénéité de la température. Elle se caractérise notamment en ce que l'épaisseur desdits éléments ne dépasse pas 2 cm et en ce que ces éléments sont retenus par rapport a la cuve de façon à équilibrer les pressions dans-la masse. Les éléments peuvent être de forme générale cylindrique, leur diamètre ne dépassant pas 2 cm. Toutefois, il sera généralement beaucoup plus avantageux d'utiliser des panneaux plans d'épaisseur comprise entre 0,3 et 1,2 cm, la limite inférieure étant choisi-e pour des raisons pratiques. Ces panneaux pourront être suspendus par les tuyaux d'amenée et de retour du liquide d'échange thermique. Des doigts peuvent être prévus de place en place pour assurer le centrage des panneaux les uns par rapport aux autres et par rapport aux parois latérales. La cuve aura généralement une section horizontale en forme de rectangle allongé et les panneaux seront alors disposés dans le sens de la longueur, en plusieurs jeux successifs. Les parois latérales présentent avantageuce- ment une légère pente vers l'intérieur. Dans le cas où la cuve est destinée à la fabrication du yaourt, les éléments d'échange thermique auront généralement un écartement qui ne dépasse pas 15 cm, pour tenir compte de la faible conductibilité thermique du coagulat. La partie inférieure de la cuve, généralement en tronc de pyramide,peut comporter, au droit d'une conduite de soutirage, une hélice destinée uniquement à briser un petit volume pour faciliter l'amorçage de l'écoulement. Il suffit ensuite de pomper pour extraire l'ensemble du contenu de la cuve, qui peut atteindre plusieurs mètres cubes. La masse de coagulat glisse le long des parois sans qu'aucune agitation ne soit nécessaire, de façon régulière et sans formation de vides. Suivant un procédé de fabrication industrielle de yaourt, constituant un autre aspect de l'invention, on maintient une masse de lait additionnée de ferments à une température d'environ 400 dans une cuve jusqu'à atteindre un pH d'environ 5, puis on refroidit rapidement le caillé jus qu'a une température de 25 a 30 ou on le maintient pendant plusieurs heures avant de l'extraire ; le procédé se caractérise notamment en ce qu'on refroidit le caillé par échange de chaleur avec des éléments suspendus dans la cuve, d'épaisseur inférieure à 2 cm pour éviter la formation de poches de sérum sous les éléments. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution de celle ci, donné à titre d'exemple non limitatif, et concernant la fabrication du yaourt en cuve de l'ordre du mètre cube La description se'réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est une vue en perspective et en coupe partielle d'une cuve notamment utilisable pour la fabrication du yaourt, mais pouvant également servir a la fabrication d'autres coagulats - la figure 2 montre les éléments essentiels d'une cuve constituant une variante de celle de la Figure 1, en coupe partielle suivant le plan vertical II-II de la Figure 3 - les Figures 3 et 4 sont des vues partielles de la cuve de la Figure 2, respectivement en coupe suivant le plan III-UI et vue de dessus - la Figure 5 est une vue partielle montrant la plaque d'un panneau d'échange thermique utilisable dans la cuve des Figures 2 à 4 - la Figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la Figure 5 - la Figure 7 est une vue en élévation -d'une variante de réalisation - les Figures 8 et 9 sont respectivement des coupes partielles suivant la ligne VIII-VIII de la Figure 7 et la ligne IX-IX de la Figure 8. La cuve montrée schématiquement en Figure 1 comporte une paroi latérale dont la section droite est approximativement rectangulaire et un fond en forme de pyramide inversée. Ces parois comportent une circulation de liquide d'échange thermique, qui sera en général de l'eau. Ces parois sont constituées en acier inoxydable ou revêtues d'acier inoxydable sur la face exposée au coagulat. Les grandes faces 10 et les petites faces 12 de la paroi présentent avantageusement une pente vers l'intérieur de l'ordre du pour cent, 3% au plus, et ne présentent aucune aspérité de nature a.gêner l'écoulement du caillé vers le bas ou a provoquer la formation de poches de sérum. Afin d'assurer un chauffage comme un refroidissement homogènes de la masse de coagulat contenue dans la cuve, cette dernière est munie d'éléments d'échange thermique constitués par des panneaux minces 18 suspendus verticalement et délimitant des espaces dont l'épaisseur ne dépasse pas 15 cm, du moins dans le cas où le coagulat à préparer est du yaourt. Chacune de ces plaques est munie d'une circulation en labyrinthe d'eau de refroidissement, arrivant par un collecteur 20 et retournant par un collecteur 22. Les éléments peuvent être simplement suspendus par les tuyaux de raccordement, tels que 24, de fa çon à présenter une légère possibilité de débattement transversal permettant aux pressions de s'équilibrer au sein de la masse de coagulat, ce qui contribue également à éviter l'exsudation du sérum Toutefois, comme on le verra plus loin, l'écartement entre les panneaux sera quelquefois maintenu à une valeur sensiblement constante par des moyens d'entretoisement. a cuve aura généralement une contenance de l'ordre du mètre cube. Il est en général souhaitable d'adopter une largeur ne dépassant pas 50 cm environ dans le cas d'une cuve parallélépipédique, ce qui conduit à une longueur de la section droite dépassant largement le mètre. Des considérations constructives et d'utilisation font qu'il n'est pas souhaitable d'utiliser des panneaux 18 ayant un tel développement linéaire. Pour cette raison, la cuve montrée en Figure 1 comporte trois jeux de chacun trois panneaux parallèles, chaque panneau occupant toute la hauteur de la paroi latérale de la cuve et ayant un développement horizontal de 50 cm environ. Le sommet de la pyramide inversée qui constitue le fond sera alors avantageusement placé au droit de l'intervalle qui subsiste entre deux jeux adjacents et qui permet le passage d'un arbre 26 d'entraînement d'une vis 28 d'amorçage de l'évacuation du yaourt. L'arbre 26 est entraîné par un moteur électrique 30 qui sera généralement porté par le couvercle 16. Afin de permettre le nettoyage de la cuve sans enlèvement du couvercle 16 et des panneaux 18, un système d'aspersion interne sera généralement prévu. Il peut comporter des pommes d'arrosage réparties dans la cuve et alimentées par un réseau de canalisations. La figure 1 montre uniquement deux pommes d'arrosage dont l'une, 32, est placée à la partie haute de la cuve, entre la paroi latérale et le premier panneau 18, et dont l'autre est placée à mi-Fáuteur de la cuve, également entre la paroi latérale et le plan dans lequel sont situés les panneaux 18 les plus proches de cette paroi. D'autres pommes identiques sont placées entre panneaux. Les Figures 2, 3 et 4 montrent de façon plus précise une autre constitution possible de la cuve. On retrouve, sur ces figures, les éléments déjà montrés en Figure 1, identifiés par le même numéro de référence. Comme le montre la Figure 4, on donne avantageusement aux parois latérales de la cuve une forme bombée, qui lui permet de mieux résister a la pression interne. Un rayon de courbure de quelques mètres pourra être adopté pour une cuve ayant des dimensions hors tout en plan de l'ordre de 200 x 50 cm. Le circuit de circulation d'eau dans la paroi peut être réalisé de la façon suivante : des plaques d'acier inoxydable destinées à constituer ces parois sont découpées. Puis une feuille mince d'acier inoxydable est appliquée sur la face interne de la plaque et fixée par soudage de façon à délimiter des canaux de circulation.Par mise en pression hydraulique, on gonfle cette tôle mince de façon à constituer des canaux par hydroformage. On peut adopter, pour constituer les panneaux 18, une solution du même genre : chaque panneau (Figures 5 et 6) comporte une plaque dans laquelle est usinée une rainure en labyrinthe 36, plaque qui est ensuite recouverte d'une feuille 38 que l'on soude entre portions adjacentes de rainures ; on peut constituer ainsi des panneaux dont l'épaisseur est suffisamment faible pour qu'il n'y ait aucune formation de poches de sérum. Les bords verticaux de ces panneaux peuvent être repliés pour augmenter la rigidité et garantir leur planéité La cuve peut être munie de moyens d'entret,oise- ment destinés à assurer un fractionnement régulier de la masse de coagulat, constitués par un jeu de doigts situés à la partie basse. Les panneaux peuvent reposer sur le couvercle de la cuve par des tubes 43 soudés à la cuve. Enfin, la cuve est munie de moyens d'amenée de liquide à sa partie supérieure et de moyens de soutirage du coagulat à la partie inférieure. Ces derniers moyens comprennent une pompe de refoulement 48 précédée d'une vanne d' arrêt 46. Des conduites de dérivation et de vidange supplémentaires peuvent être prévues mais n'ont pas de lien avec l'invention. Pour éviter la formation, dans la masse de coa- gulum restant à soutirer, de fractures statiques qui constituent entre deuxsoutirages des poches de collection de sérum, il est souhaitable, d'une part, de donner aux moyens de soutirage une section suffisante pour que l'écoulement s'effectue sans contraintes mécaniques, d'autre part, de doser chaque soutirage pour qu'il provoque une descente de coagulum dans la cuve de plusieurs centimètres au minimum. Pour cela, on a intérêt à faire déboucher les moyens de soutirage dans un bac tampon. Une autre solution consiste à prévoir sous la cuve un réservoir intermédiaire dans lequel la cuve est vidangée en bloc à la fin du processus de fabrication et d'où le coagulum est progressivement extrait. On décrira maintenant, à titre de simple exemple, un procédé de fabrication du yaourt mettant en oeuvre une cuve de traitement du genre qui vient d'être décrit. On sait que la fabrication du yaourt met en oeuvre des ferments d'acidification qui présentent une activité optimale vers 42 C et dont l'action se ralentit à une température inférieure, pour cesser presque complètement à 350C. Par contre, le yaourt acquiert des propriétés gustatives favorables surtout à une température plus faible, notamment vers 330C et au-dessous, jusqu'à 250C environ. Le démarrage de la coagulation du lait tiède provenant de la pasteurisation s'effectue en une heure environ. Pendant cette opération, on sera généralement amené à faire passer de l'eau à 4û environ dans les circuits des parois et des panneaux pour que le coagulat prenne une température comprise entre 41 et 420C, favorable à une prise d'acidité dans de bonnes conditions. Dès que le pH atteint une valeur de 5, c'est-à-dire généraflement après un séjour d'environ lh30mn, on réduit rapidement la température du coagulat par circulation d'eau froide dans les circuits. Au cours du soutirage, le caillé descend régulièrement dans tous les espaces entre plaques et parois, les plaques s'inclinant en cas de déséquilibre de niveau pour permettre un rattrapage. Le refroidissement rapide (un quart d'heure environ) jusqu'à 360C bloque l'acidification. Le refroidissement est ensuite poursuivi pendant plusieurs heures, jusqu'à 40C. Le caillé ainsi amené à 40C peut être soutiré avec moins de risques de rupture de sa texture qu'à température plus élevée. On entraîne le caillé, à l'aide de la pompe 48 à vitesse lente, vers un bac de stockage intermédiaire où peut se faire un apport d'éléments extérieurs, tels que des fruits au sucre. Le bac peut être suivi d'une chaîne classique de conditionnement en pots individuels et de surgélation. La cuve montrée en Figures 7 à 9, où les éléments correspondant à ceux des Figures précédentes sont désignés par le même numéro de référence, constitue un autre mode encore de réalisation de l'invention. La cuve est cette fois à section droite circulaire et légèrement conique vers le bas, avec une pente de l'ordre de 1S. La paroi latérale comporte une tôle lisse 50, en acier inoxydable en général, qui porte, sur sa face externe, un serpentin 52 de circulation d'eau à température réglable. Le serpentin est lui-même revêtu d'une couche d'isolement 54. Dans la cuve sont disposés, à intervalles réguliers, des panneaux de fractionnement suspendus 18. Le mode de suspension est tel que les panneaux puissent osciller légèrement afin d'équilibrer les pressions. Pour cela, chaque panneau 18 peut porter, à son extrémité supérieure, un tube 43 dont les extrémités reposent d'un côté sur un collecteur d'admission 20, de l'autre côté sur un collecteur de sortie 22. Au collecteur sont fixés des plats 56 de retenue du tube 43. Un flexible 58 relie chaque collecteur à la partie terminale correspondante d'un tube 43. Ainsi, on peut assurer la circula- tion d'eau à température réglable dans chacun des panneaux 18. Les deux collecteurs peuvent être constitués par une même tubulure munie d'une cloison de séparation à l'extrémité opposée à l'entrée et à la sortie, tubulure portée par des supports tels que 60 fixés à la cuve. Là disposition qui vient d'être décrite permet, pour les contenances habituelles ne dépassant pas 2m3 environ, d'utiliser des panneaux d'une seule pièce se terminant à proximité immédiate de la paroi latérale, ce qui évite la présence de brèches constituant des zones d'écoulement préférentiel et de contournement qui seraient favorables à la formation de fractures dans le coagulum. Pour diminuer encore le risque d'écoulement préférentiel depuis les parties périphériques de la cuve, les panneaux 18 ont une longueur telle qu'ils se terminent tous approximativement à la même distance du fond. Ce dernier présente une pente d'au moins 300 garantissant un écoulement homogène vers la conduite centrale de sortie. Cette dernière est de grand diamètre (typiquement 150 mm environ) et elle est munie d'une simple vanne d'arrêt 46.La conduite débouche dans un réservoir tampon 60 d'une contenance suffisante pour que chaque soutirage fasse baisser le niveau dans la cuve de 4 cm au moins. La cuve comporte enfin un couvercle 16 obturable et des moyens de nettoyage constitués, dans le mode de réalisation illustré, par un tourniquet 32. Cette solution présente, par rapport à l'emploi de boules placées entre les panneaux 18, l'avantage de ne pas gêner la descente du caillé. I1 faut encore remarquer que les panneaux 18 sont simplement posés dans la cuve, ce qui permet de les enlever facilement, par exemple pour réparation ou pour nettoyage complet. Cette démontabilité permet au surplus de substituer aux panneaux des moyens permettant de mettre en oeuvre dans la cuve des processus classiques impliquant un brassage. Ces moyens peuvent notamment comporter une herse rotative de type classique. On voit en conséquence que l'on constitue ainsi une cuve d'emploi universel. REVENDICATIONS 1. Cuve de production industrielle de coagulat, délimitée par des parois à face interne lisse sensiblement verticale, munies d'un circuit de circulation de liquide d'échange thermique et comportant des éléments verticaux lisses d'échange thermique répartis dans la cuve, reliés à des moyens de circulation de liquide d'échange thermique, les éléments et la cuve délimitant des espaces relativement étroits et réguliers de façon à assurer l'homogénéité de la température, caractérisée en ce que l'épaisseur desdits éléments ne dépasse pas 2 cm et en ce que ces éléments sont retenus par rapport à la cuve de façon à équilibrer la pression dans la masse. 2. Cuve selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments sont de forme générale cylindrique. 3. Cuve selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments sont des panneaux plans d'épaisseur comprise entre 0,3 et 1,2 cm, suspendus par les tuyaux d'amenée et de retour du liquide d'échange thermique. 4. Cuve selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cuve a une section horizontale en forme de rectangle allongé, les panneaux étant disposés dans le sens de la longueur en plusieurs jeux successifs. 5. Cuve selon la revendication 4, caractérisée en ce que les parois latérales présentent une légère pente vers l'intérieur. 6. Cuve selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la partie inférieure de la cuve est en tronc de pyramide et comporte, au droit d'une conduite d'évacuation, une hélice destinée à briser un petit volume de la masse pour amorcer l'écoulement. 7. Cuve de production industrielle de yaourt, délimitée par des parois latérales (10, 12) sensiblement verticales, et un fond de forme convergeant vers une conduite de soutirage, les parois et le fond comportant un circuit de circulation de liquide d'échange thermi que, caractérisée par des panneaux à température réglable d'échange thermique (18) lisses, parallèles aux parois de la cuve, répartis régulièrement dans celle-ci pour délimiter des espaces d'épaisseur inférieure à 15 cm, disposés verticalement, guidés et retenus de façon telle que les pressions puissent s'équilibrer de part et d'autre des panneaux, munis chacun d'un circuit de circulation relié à une alimentation en eau. 8. Cuve selon la revendication 7, caractérisée en ce que les panneaux (18) sont suspendus par des conduites de liaison entre leur circuit et des collecteurs. 9. Procédé de fabrication industrielle de yaourt, suivant lequel on maintient une masse de lait additionnée de ferments à une température d'environ 40eC dans une cuve jusqu'à atteindre un pH d'environ 5, puis on refroidit rapidement le caillé jusqu'à une température d'environ 40C avant de l'extraire, caractérisé en ce qu'on refroidit le caillé par échange de chaleur avec la paroi de la cuve et des panneaux suspendus dans la cuve, d'épaisseur inférieure à 2 cm et espacés de moins de 15 cm.