Brevet FR2580473A1 — publié le 19861024

Appareil de congélation et de Ivophilisation de produits alimentaires et procédé de congéLation et de lyophilisation de ces produits. L'invention concerne le domaine de la conservation des aliments par lyophilisation. Elle a pour objet un appareil de congélation et de lyophilisation de produits alimentaires et un procédé de congélation et de lyophilisation utilisant cet appareil. La lyophilisation est une méthode de conservation de produits biologiques bien connue, qui consiste à éliminer par le vide, à température très basse (de l'ordre de -400C), l'eau présente dans ces produits. Cette méthode exige donc la réalisation de deux étapes successives, la première étant la congélation du produit, la seconde étant la lyophilisation proprement dite, c'est å-dire la sublimation de l'eau contenue dans les aliments. Une première solution consiste à utiliser deux appareils indépendants pour accomplir les deux étapes. Cette solution possède comme avantage le fait de permettre l'utilisation en continu des deux appareils pour le rôle qui Leur est dévolu. Ceci a évidemment comme corollaire l'utilisation de deux appareils, ce qui augmente nettement le coût global de cette solution. L'invention se rapporte à la seconde solution, qui consiste à n'utiliser qu'un appareil auquel sont confiées les deux opérations. Dans le cadre de cette deuxième solution le brevet français n" 1420111 décrit un appareil de congélation et de séchage par congélation (lyophilisation) comprenant : des plaques de rayonnement entre lesquelles le produit à lyophiliser est disposé, un ventilateur, deux condenseurs-refroidisseurs situés de part et d'autre du ventilateur et un écran anti-rayonnements disposé entre le système de refroidisseurs avec le ventilateur et l'espace qui contient le produit. Cet écran est d'une largeur inférieure à celle du volume délimité par les plaques chauffantes et le produit à lyophiliser. Le tout est enveloppé dans une enceinte étanche à double paroi. Un tel dispositif ne permet toutefois pas une lyophilisation satisfaisante. Ainsi un objet de l'invention est de proposer un nouvel appareillage assurant un meilleur rendement de lyophilisation. Un deuxième objet de L'invention, qui est d'ailleurs lié au premier, est de proposer une forme de condenseur-refroidisseur permettant d'assurer un piégeage plus efficace de la vapeur d'eau. L'invention propose un appareil de congélation et de lyophilisation de produits alimentaires constitué d'une enceinte isolante et étanche à l'intérieur de Laquelle sont situés a) des éléments de chauffe rayonnant de la chaleur, placés paral lèlement les uns par rapport aux autres et à intervalles réguliers, de manière que les produits alimentaires puissent y être insérés au moyen de supports appropriés; b) un ventilateur; c) deux condenseurs-refroidisseurs situés de part et d'autre du ventilateur; d) un écran qui sépare les éléments de l'ensemble ventilateur condenseurs-refroidisseurs, caractérisé en ce que l'écran est d'une largeur telle qu'il permet de créer un courant d'aspiration de la vapeur d'eau, par le condenseur-refroidisseur, dirigé le long des parois de l'enceinte. Tous les produits alimentaires susceptibles d'être lyophilisés conviennent dans le cadre de l'invention. On peut citer à titre indicatif : les champignons, les oignons, les ails, le persil. L'enceinte isolante est, de préférence, constituée d'une double paroi à l'intérieur de laquelle règne un vide poussé (vase Dewar), mais il est évident que d'autres moyens d'isolation moins avantageux peuvent être envisagés comme l'utilisation d'une matière en ellemême isolante. L'écran joue classiquement le rôle d'écran thermique entre la partie chauffée par les éléments de chauffe et la partie où sont situés le ventilateur et les condenseurs-refroidisseurs. Grâce à un ajustement particulier il est de plus imperméable aux fluides ce qui interdit tout transfert de masse néfaste. Afin qu'un courant d'aspiration de la vapeur d'eau puisse être dirigé le long des parois de l'enceinte, il est nécessaire qu'un espace réduit existe de part et d'autre de l'écran, entre les bords longitudinaux dudit écran et la paroi de l'enceinte. Cette disposition présente l'avantage d'obliger la vapeur d'eau à parcourir l'espace entier occupé par les condenseurs-refroidisseurs, d'où un piégeage plus efficace et par conséquent une vitesse d'évaporation possible supérieure. En pratique, cet écran aura une largeur supérieure ou égale à celle du volume défini par l'ensemble éléments de chauffesupports. Il faut en effet bien souligner que c'est la vitesse et la régularité du piégeage qui conditionnent la vitesse possible de sublimation de l'eau contenue dans ces aLiments. La régularité du piégeage de l'eau le long des condenseurs-refroidisseurs est de ce fait très importante car, si toute l'eau est déposée sur les condenseurs-refroidisseurs au niveau de l'entrée, La glace formée obstruera ceux-ci, ce qui diminuera grandement leur efficacité en fin de lyophilisation Ainsi il a été trouvé qu'il était préférable que les condenseurs-refroidisseurs soi-ent formés de tubes pliés disposés de telle manière qu'ils définissent une surface normale au courant de vapeur aspiré par la dépression formée au niveau des parois froides plus faible à L'entrée du condenseur-refroidisseur qu'à la sortie. Ces tubes sont pliés de préférence en forme de serpentins de manière que les ondulations, dans la partie située du côté de L'entrée du courant aspiré, soient inscrites dans un plan sensiblement parallèle au sens du courant et, progressivement ou non, soient ensuite inscrites dans un plan faisant un angle non nul avec le sens du courant. Avantageusement, le condenseur-refroidisseur est formé d'une série parallèLe-de-- serpentins dont les ondulations, dans la partie située du coté de l'entrée du courant aspiré, sont inscrites dans le plan du sens du courant et sont ensuite inscrites au niveau de la partie située du côté du ventilateur dans un plan faisant un angle compris entre 65 et 900 avec le plan du sens du courant. Le rapport des volumes occupés par les parties dites "situées du côté de l'entrée du courant" et "du côté du ventilateur" peut être avantageusement voisin de 1. L'invention a également pour objet un procédé de congélation et de lyophilisation de produits alimentaires, caractérisé en ce que t'on introduit les produits alimentaires dans un appareil tel que défini ci-dessus, et en ce que l'on procède selon les étapes suivantes : a) les produits sont congelés au moyen d'air pulsé par le ventiLateur et refroidi lors du passage par les refroidisseurs-condenseurs, b) un vide poussé est ensuite créé afin d'extraire de ces produits les incondensables, c) les éléments de chauffe sont ensuite chauffes de manière qu'ils puissent par rayonnement transmettre la chaleur aux produits alimentaires et ainsi provoquer La sublimation de l'eau qui est piégée par les condenseurs-refroidisseurs, d) après déshydratation le vide est cassé et tes produits lyophi lisés sortis de l'enceinte. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un appareil selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessus d'une partie du condenseur-refroidisseur. Selon les figures 1 et 2, L'appareil 1 est constitué d'une enceinte isolante cylindrique 2 à double paroi 2a, 2b, entre lesquelles règne un vide poussé. L'enceinte peut être fermée par deux portes complétées par deux sas qui n'ont pas été figurés vu qu'ils font partie de L'état de la technique. Selon un plan horizontal P, l'enceinte est divisée en deux parties d'importance inégale, une partie supérieure 3 occupant La part la plus importante du voLume intérieur de L'enceinte et une partie inférieure 4. Les deux parties sont séparées par un écran 10. Dans la partie supérieure de L'enceinte sont superposés à intervalles 5 réguliers horizontalement, et de part et d'autre d'un arbre central 6 auquel ils sont fixés, 21 éléments de chauffe 7 formés de serpentins à l'intérieur desquels peut circuler un fluide froid. Des rails 8, fixés au châssis (non figuré) et à la paroi interne 2a de l'enceinte, situés légèrement à l'exte- rieur du volume délimité par les éléments 7 permettent d'amener 20 plateaux 9 garnis de champignons à L'intérieur des intervalles 5, sans qu'il y ait de contact entre les plateaux et les éléments de chauffe. Comme cela est indiqué ci-dessus, la partie supérieure 3 est séparée de la partie inférieure 4 par un écran 10 dont la largeur et la disposition sont telles que ses extrémités latérales soient situées au-delà ou à la limite du volume délimité par les plateaux 9. Ainsi lors de la lyophilisation un courant de vapeur d'eau dirigé le long des parois peut ainsi s'établir. En pratique, il est évident que la partie supérieure doit être aussi importante que possible, de manière à permettre la lyophilisation de la quantité de produit la plus importante possible. Ayant ainsi déterminé le volume de cette partie supérieure, il est aisé pour l'homme de métier de déterminer la largeur et la disposition de L'écran 10. La partie inférieure 3 dans la zone située sous l'écran, au centre, comprend une série de ventilateurs 11 et de part et d'autre de ceux-ci une série de condenseurs-refroidisseurs 12 ayant la structure suivante Les condenseurs-refroidisseurs sont formés de tubes 13 creux à l'intérieur desquels circule un liquide de refroidissement, le fréon par exemple. Les tubes sont alimentés grace à une entrée 14 et à une sortie 15. Ils sont pliés de manière à former des ondulations qui s'inscrivent dans un plan vertical. Les condenseurs-refroidisseurs dans la zone 16 située à proximité du ventilateur (environ le tiers de la partie latérale occupée par les condenseurs) possèdent des ondulations qui s'inscrivent dans un plan parallèle à l'axe longitudinal du cylindre, tandis que dans la zone latérale extérieure 17 (les deux tiers restant environ) les ondulations s'inscrivent dans un plan quasi perpendiculaire à l'axe longitudinal du cylindre. Cette forme particulière assure un dépôt régulier et optimal de La vapeur d'eau sur les tubes. Afin d'améliorer encore L'efficacité du piégeage, le liquide de fréon est soumis à une circulation forcée, ce qui permet de Le conserver dans cet état pendant tout le trajet à l'intérieur du condenseur-refroidisseur. On donne ci-dessous un exemple de réalisation non limitatif du procédé de mise en oeuvre de l'invention. Environ 3 000 kg de champignons lavés sont placés sur chacun des plateaux et sont amenés à l'intérieur de l'enceinte qui est ensuite hermétiquement fermée. Les ventilateurs pulsent de L'air qui est refroidi lors du passage au travers des condenseurs -40 C. La température des aliments est ainsi amenée à la température de congélation qui est de-32"C. Un vide poussé 6,6 Pa ou 0,5 mm Hg est ensuite fait de manière à éliminer les incondensables, e n particulier L'air occlu, susceptibles de gêner la condensation ultérieure de ta vapeur d'eau. Un liquide chaud (90 C) est ensuite introduit dans les éléments de chauffe qui transmettent par rayonnement les calories aux plateaux.De cette manière, compte tenu de la disposition de L'écran et de la forme des condenseurs-refroidisseurs, il se crée un courant de vapeur d'eau assurant le transfert de cette dernière par lescondenseurs-refroidisseurs. Au bout de 18 heures le vide est cassé, le chauffage arrêté et le produit sorti. Par rapport au procédé décrit dans le brevet français n" 1 420 111, on constate que l'on obtient des résultats avantageux en ce qui concerne : - Le temps de réponse de l'équipement à toute demande de puissance instantanée quelle que soit la phase du cycle, - la quantité d'eau qu'on peut condenser, . La vitesse de condensation, . la régularité de dépôt de glace sur les pièges, - la régularité d'évaporation en toute région du tunnel. REVENDICATIONS 1. Appareil (1) de congélation et de lyophilisation de produits alimentaires constitué d'une enceinte isolante et étanche à l'intérieur de laquelle sont situés a) des élements de chauffe (7) rayonnant de la chaleur, placés parallèlement les uns par rapport aux autres, et à intervalles réguliers, de manière que les produits alimentaires puissent y être insérés au moyen de supports appropriés (9) b) un ventilateur (11) c) deux condenseurs-refroidisseurs (12) situés de part et d'autre du ventilateur (11) d) un écran (10) qui sépare les éléments (7) de l'ensemble venti lateur (11) condenseurs-refroidisseurs (12) caractérisé en ce que L'écran (10) est d'une largeur telle qu'il permet de créer un courant d'aspiration de la vapeur d'eau, par le condenseurrefroidisseur, dirigé Le long des parois de l'enceinte. 2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le condenseur-refroidisseur (12) est formé de tubes (13) pliés disposés de telle manière qu'ils définissent une surface normale au courant de vapeur aspiré plus faible à L'entrée du condenseurrefroidisseur qu a la sortie. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le condenseur-refroidisseur (12) est formé d'une série parallèle de serpentins dont les ondulations, dans la partie située du côté de L'entrée du courant aspiré, sont inscrites dans le plan du sens du courant et sont ensuite inscrites au niveau de la partie située du côté du ventilateur dans un plan faisant un angle compris entre 45" et 900 avec le plan du sens du courant. 4. Appareil selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les tubes du condenseur-refroidisseur sont parcourus par un liquide refroidissant. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le liquide est soumis à une circulation forcée. 6. Procédé de congélation et de lyophilisation de produits alimentaires, caractérisé en ce que l'on introduit les produits alimentaires dans un appareil tel que défini aux revendications 1 à 5, et en ce que l'on procède selon les étapes suivantes : a) les produits sont congelés au moyen d'air pulsé par le venti lateur (11) et refroidi lors du passage par les refroidisseurs condenseurs (12), b) un vide poussé est ensuite créé, afin d'extraire de ces produits les incpndensables, c) les éléments de chauffe (7) sont ensuite chauffés de manière qu'ils puissent par rayonnement transmettre la chaleur aux produits alimentaires et ainsi provoquer la sublimation de l'eau qui est piégée par les condenseurs-refroidisseurs. d) après déshydratation le vide est cassé et les produits lyophilisés sortis de l'enceinte.