Brevet FR2584272A1 — publié le 19870109

La présente invention est relative à un procédé de traitement d'un extrait aqueux de soja afin de le séparer en un concentré à forte teneur en matière sèche et un liquide dilué. Pour obtenir les protéines et les lipides contenus dans les graines de soja en vue de l'alimentation humaine ou animale, on part procéder à un traitement qui comprend d'abord un broyage fin des graines. Ce broyage peut être fait en présence d'eau ou à sec. Dans ce dernier cas, la matière broyée est ensuite mélangée avec de l'eau. On obtient ainsi, quel que soit le mode de broyage, une suspension aqueuse, qui est parfois qualifiée de "lait de soja" mais qui n'a guère de points communs avec le lait sinon l'apparence . Cette suspension est soumise à une filtration grossière pour enlever les résidus fibreux et les autres particules de dimension supérieure à 100 micromètres environ.Le filtrat peut être chauffé un court moment à une température supérieure à 100 C pour obtenir un produit plus digeste On doit effectuer ensuite, une seconde filtration sur membranes pour séparer un concentré contenant la majeure partie des protéines et lipides d'un filtrat aqueux. Le produit obtenu peut être utilisé tel que pour l'alimentation ,mais il contient encore une quantité non négligeable d'eau. Habituellement, le traitement comprend ensuite une coagulation du concentré effectuée à une température comprise entre 60 et 1000C en présence d'un agent coagulant. Cette coagulation est suivie d'une séparation par décantation d'un "caillé" et d'un "sérum", qui peut être joint au filtrat précédemment obtenu;le caillé est finalement pressé puis conditionné. On a constaté, de façon inattendue,qu'on pouvait améliorer de façon importante le rendement du procédé si la filtration était faite en continu et à pression et températures élevées. En outre,ce nouveau procédé de filtration permet une modification avantageuse du procédé usuel; il n'est plus nécessaire de concentrer l'extrait aqueux par filtration avant la coagulation, ce que la technique antérieure imposait compte tenu du colmatage très rapide des filtres par l'extrait coagulé. De façon classique, les corps utilisés pour la filtration tangentielle de produits alimentaires, comme le lait, sont constitués par des membranes organiques, du type à fibres creuses par exemple, mais on a constaté que les filtres de ce type ne conviennent pas pour le traitement d'extraits de soja. En effet, ils ne peuvent résister à de fortes surpressions et leur rendement baisse rapidement ; ils ne peuvent être utilisés qu'à des températures voisines de la température ambiante, enfin ils sont d'un nettoyage difficile et pratiquement ils ne peuvent être stérilisés. La- présente invention a pour but de résoudre ce problême et de fournir un procédé de traitement des extraits aqueux de soja, permettant d'obtenir un produit riche en protéines et lipides non dénaturés, à faible teneur en eau et produits hydrosolubles, qui consiste en une filtration tangentielle dans des conditions données de température et de pression sur un corps poreux particulier, opération précédée de préférence par une coagulation, ce qui améliore le rendement. On utilise selon l'invention, pour la filtration un corps poreux en matière minérale, de diamètre de pores compris entre 0,05 et 1 jim. De préférence, la matière minérale est constituée essentiellement d'oxydes métalliques, avantageusement d'alumine, de zircone ou d'alumine-zircone. De tels corps poreux sont actuellement disponibles dans le commerce, notamment sous la forme de blocs cylindriques percés de canaux. Ces blocs sont formés d'une masse d'alumine (par exemple) grossière qui sert de support à la matière filtrante de porosité bien définie, qui constitue le revêtement intérieur de la surface des canaux. De tels blocs sont d'une très grande résistance aux surpressions dans les tubes, et ils sont aisément stérilisables par chauffage. De préférence, le diamètre des pores du corps poreux est compris entre 0,08 et 0,8 micromètre. Suivant une modalité intéressante, on procède à une coagulation en chauffant l'extrait débarrassé des débris grossiers entre 35 et 100 C pendant 20 minutes environ avant d'opérer la filtration tangentielle ,cette coagulation est faite de façon classique, en présence d'un agent coagulant, tel que la delta-gluconolactone, les chlorures de calcium et de magnésium , et les acides citrique et lactique, ou des enzymes, le chlorure de calcium étant préféré en raison de son prix peu élevé et de son efficacité. La température de la coagulation est fonction de l'agent choisi. La coagulation préalable améliore nettement le rendement de filtration, alors que dans la technique antérieure, elle était interdite du fait du colmatage rapide du filtre. Il est préférable d'opérer la filtration à une température comprise entre 60 et 1000C. La viscosité de la suspension est alors réduite et on améliore le rendement. On peut combiner les deux opérations en opérant la filtration sans refroidissement préalable, après la coagulation, ce qui procure une économie d'énergie et surtout évite un vieillissement mal contrôlable de la suspension coagulée avant la filtration. En outre, la filtration sera effectuée sous une pression minimale de 1,5 bars environ et sera augmentée jusqu'à 3,5 bars à 5 bars en fin d'opération, en tenant compte des pertes de charge dans le corps poreux. Si le produit final est destiné à l'alimentation, il est avantageux qu'il soit stérilisé, notamment pour permettre une conservation prolongée. Cette stérilisation peut être faite, de façon classique, en fin de traitement. Le procédé selon l'invention permet d'utiliser une autre méthode de stérilisation ; on stérilise d'une part le lait de soja avant filtration par chauffage de fason classic;ue,et d'autre part l'appareillage et le corps poreux. Pour un bon rendement, il est nécessaire que la suspension qui sera soumise à la filtration tangentielle ne soit pas trop concentrée, car alors la filtration est lente ou exige des pressions nettement élevées ; comme d'autre part, il a été observé que la coagulation ne se fait pas ou se fait très lentement si la suspension est trop diluée, il est préférable de prévoir que le procédé selon l'invention soit mis en oeuvre sur un extrait aqueux ayant une concentration de 30 à 150 g/l de matière sèche. On va maintenant donner les résultats d'exemples pratiques de traitements selon l'invention, illustré par une figure unique qui est un schéma de l'installation. Dans tous les cas, on est parti d'un extrait aqueux de soja provenant du broyage de graines suivi d'une mise en suspension dans l'eau et d'une filtration grossière. On a utilisé 10 litres d'eau par kg de graines sèches. Cet extrait avait les caractéristiques suivantes Matières sèches totales (MST) : 4,5 g/100 ml Matières azotées totales (MAT): 2,5 s/lOOmpl dont 0 1 g/100 ml de matières azotées non protéiques. L'extrait, sans avoir été soumis à une coagulation, a été introduit dans le bac d'alimentation 1 de l'installation d'essai représentée à la figure. Sur cette figure, on constate que le produit circule en circuit fermé grâce à une pompe 2 entre le filtre 3 et un échangeur de chaleur 4. Des manomètres 5,6 placés à l'entrée et à la sortie du filtre, un débitmètre 7 et un thermomètre 8 permettent le contrôle du fonctionnement ; 9 désigne un groupe frigorifique-calorifique pour maintenir la température voulue. La suspension est introduite dans le circuit à la température choisie pour l'opération. Le filtre 3 était constitué d'un bloc d'alumine poreuse percé de canaux de 3,5 mm de diamètre, garni intérieurement d'une couche d'alumine à pores de 0,2 micromètre qui constitue le filtre proprement dit (commercialisé par CERAVER à Tarbes). Dans cet essai, la surface du corps poreux était de 0,155 m2, son diamètre de 3,5 mm et sa longueur de 750 mm. Les conditions de filtration ont été les suivantes: Température : 74"C Volume traité : 40 litres. Pression : 2 bars jusqu'à Fiv = 5, ensuite la pression doit être élevée régulièrement pour atteindre en 5 heures, 3,5 bars avec un F = 5,8 (perte de charge sur la membrane v : 2,5 bars) Vitesse de circulation : 5 m/s (en boucle fermée) avec F = Volume initial v Volume du concentré Le concentré a ensuite été soumis à la coagulation dans les conditions suivantes - addition d'une solution de CaCl2 (85 g/l) à la dose de 3,5 % en poids de CaCl2 par rapport à la matière sèche totale de l'extrait, - repos 15 minutes à 75"C jusqu' séparation complète des deux phases (caillé et sérum), - brassage pour fluidification avant une nouvelle filtration. On a obtenu les résultats suivants initial* final Débit filtrat, (l/hm2**) 100 20 Matières sèches totales, (%) du concentré 4,5 21,5 du filtrat 0,5 0,7 Taux rétention MST, % 89 84 Matières azotées totales, (%) du concentré 2,5 13,5 du filtrat 0,15 0,20 Taux rétention MAT, % 94 92 Degré Brix du concentré 6,5 24 du filtrat 1 1,5 Aspect liquide liquide épais * c'est-à-dire après 5 minutes ** en 1 heure par m2 de corps poreux Dans un autre essai, on a opéré la coagulation dans les mêmes conditions que ci-dessus, mais avant la filtration. Les conditions de la filtration tangentielle ont été les suivantes Température : 80 C Pression : 2 bars jusqu'à F = 5, ensuite la pression v doit être élevée régulièrement pour atteindre 3,5 bars F = 6,9 (Perte de charge sur la membrane : 7 bars) v en 2 heures. Vitesse de circulation : 5 m/s On a obtenu les résultats suivants initial final Débit (filtrat, (l/hm2) 170 80 Matières sèches totales (x) du concentré 4,5 25,5 du filtrat 0,7 0,7 Taux de rétention MST (%) 84 84 Matières azotées totales (%) du concentré 2,5 16 du filtrat 0,25 0,23 Taux de rétention MAT (%) 89 91 Aspect liquide liquide pâteux tendant (à 75"C) à se solidifier au refroidissement. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'un extrait aqueux de soja contenant 3 à 15 X de matière sèche, afin de le séparer en un concentré contenant plus de 20 % de matière sèche et d'un liquide dilué, contenant moins de 2 % de matière sèche, ce procédé comprenant une filtration à travers un corps poreux, caractérisé en ce que ladite filtration est faite dans un filtre à flux tangentiel, d'un diamètre de pores inférieur à 1 micromètre, la filtration ayant lieu à une température comprise entre 60 et 1000C, et sous une pression de départ minimale de 1,5 bars. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre a un diamètre de pores compris entre 0,08 et 0,8 ym. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise, pour la filtration, un corps poreux en matière minérale. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps poreux est constitué essentiellement d'alumine, de zircone ou d'un composé d'alumine-zircone. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on procède à une coagulation de l'extrait par traitement entre 35 et 100"C en présence d'un agent coagulant avant d'opérer la filtration. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on opère la filtration immédiatement après la coagulation. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on opere le traitement sur un extrait aqueux stérilisé au préalable, et en ce qu'on effectue le traitement dans un appareillage stérile.