Brevet FR2589332A1 — publié le 19870507

Procédé et dispositif de pasteurisation de produits alimentaires contenus dans des récipients. La présente invention se rapporte à la pasteurisation de produits alimentaires contenus dans des récipients, tels que par exemple des bouteil- les ou des boîtes métalliques. Afin de leur procurer une bonne stabilité, tant au plan biologique qu'au plan gustatif, il est nécessaire de faire subir aux produits alimentai- res, qu'il s'agisse par exemple de produits laitiers, de jus de fruits, ou de produits alcoolisés tels que des bières, une opération de pasteurisation après qu'ils aient été conditionnés dans des récipients tels que bouteilles ou boîtes. L'opération de pasteurisation est réalisée par chauffage du liqui- de, conditionné dans son récipient, à l'intérieur d'un tunnel le long duquel le récipient est déplacé, appelé pasteurisateur à tunnel. Dans le pasteurisateur sont classiquement réalisées successive- ment une phase de réchauffement procurant une montée régulière de température, une phase de chauffage à une température palier et une phase de refroidissement, le chauffage et le refroidissement du récipient contenant le liquide étant généralement réalisés par aspersion d'eau dont la température est fonction de la zone considérée. Les conditions dans lesquelles la pasteurisation doit s'effectuer sont fonction du produit à traiter, du lieu géographique de distribution, de la pollution du produit de base, et des exigences réglementaires. Pour une produit déterminé, l'opération de pasteurisation devra par exemple nécessiter: -le dépassement d'un seuil de température pendant un temps défini, pouvant être très court, -le maintien en température pendant un temps minimum, -l'acquisition par le produit d'un certain nombre "d'unités de pasteurisation", ou UP, -le non-dépassement d'un nombre prédéterminé d'UP. Rappelons que l'on définit comme "Unité de Pasteurisation", ou UP, l'effet de pasteurisation obtenu par exemple dans la bière par une minute de maintien de température à 60 C (140 F). L'effet de pasteuri- sation est par définition la destruction biologique provoquée par le main- tien d'une température déterminée, fonction du produit, pendant un certain temps. Le nombre UP d'unités de pasteurisation acquis est donné par la formule suivante: T-x UP = t x 10 z o -t est la durée de la phase palier, -x est une constante spécifique du produit, égale à 60 dans le cas de la bière par exemple, -T est la température en 0C, au cours de la phase palier, -z est un paramètre fonction des bactéries à détruire, égal à 7 dans le cas de la bière par exemple. Dans tous les cas une surpasteurisation est néfaste puisque se traduisant par une dénaturation du goût du liquide, un trouble de celui-ci et éventuellement par sa cuisson. En pratique, les récipients contenant un liquide à pasteuriser sont déplacés sur un tablier, à l'intérieur du tunnel o est réalisée la pasteurisation. Dans ce tunnel, les récipients sont arrosés par une série de rampes alimentées en eau, chaude ou froide selon le cas, selon un débit ajusté. La figure I jointe montre une courbe 1, en marche normale, des températures à l'intérieur des récipients traversant un tunnel de pasteurisation. Sur cette courbe, on a porté en ordonnées les températures T, et en abscisses les longueurs L correspondant aux positions des réci- pients dans le pasteurisateur. Les températures et le phénomène de pasteu- risation qui en découlent permettent de diviser classiquement le tunnel de pasteurisation, sur toute sa longueur LT, en quatre zones successives: une première zone 2, dite zone de préchauffage, dans laquelle s'effectue la montée en température des récipients sans que ne commence le phénomène de pasteurisation, c'est-à-dire la prise d'UP, -une deuxième zone 3, dite zone de prépasteurisation, dans laquelle se termine la montée en température et débute la prise d'UP, par exemple 0,1 UP/mn substantiellement à partir d'une température To, de 53 C dans le cas de la bière, -une troisième zone 4, dite zone de pasteurisation, dans laquelle les récipients sont maintenus à la température constante de pasteurisation TP, par exemple 60 C, et o s'effectue l'essentiel du phénomène de pasteu- risation, - enfin une quatrième et dernière zone 5, dite zone de refroidis- sement, dans laquelle les récipients sont refroidis progressivement jusqu'à leur sortie du tunnel, et o les récipients prennent encore quelques UP, jusqu'à ce qu'ils soient substantiellement redescendus à la température To. Comme on le voit sur le dessin, la prise totale d'UP s'effectue dans la zone Z comprise entre les deux points à température To. La courbe de la figure I correspond à un fonctionnement normal, sans aucun incident particulier. Dans le cas par contre o le temps de séjour d'un récipient à l'intérieur du tunnel est supérieur à une valeur prédéterminée, par exemple en raison d'un arrêt du à un incident techni- que en aval du pasteurisateur, le nombre d'UP acquis par le produit sera supérieur à celui théorique, avec les inconvénients que cela entraîne. La figure 2 jointe montre à titre d'illustration, dans un pasteurisa- teur correspondant à la courbe de la figure 1, la courbe A des UP acquis par un récipient donné le long du tunnel dans le cas d'une marche normale selon la courbe I de la figure 1. Les UP ont été portées en ordonnées et les longueurs L, identiques à celles de la figure 1, en abscisses. On voit que la prise d'UP commence dans la zone de prépasteurisation 3, se poursuit régulièrement dans la zone de pasteurisation 4, et se termine dans la zone de refroidissement 5,o le nombre d'UP total acquis est compris entre les deux valeurs admissibles UPmin et UPmax. La courbe B montre le résultat obtenu avec ce genre de pasteuri- sateur connu, en cas d'arrêt intempestif du convoyeur, pendant une certain temps, alors que le récipient considéré se trouve en un point D de la machine. Comme on le voit sur la figure, la prise d'UP se poursuit en D pendant le temps d'arrêt, puis repart ensuite parallèlement à la courbe A précédente, pour aboutir en fin de parcours à une valeur très supérieure à la valeur maximale UPmax admissible pour une bonne pasteurisation. En l'absence d'incident sur le tablier, celui-ci déplace, dans les dispositifs connus, les récipients, par exemple des bouteilles, à une vitesse constante. L'arrivée des bouteilles à l'entrée du tablier lui-même n'est pas toujours rigoureusement synchronisée avec la vitesse d'avan- cement de celui-ci. On constate donc, avec ces dispositifs classiques, qu'il apparaît sur le convoyeur des espaces vides de bouteilles. Un tel manque de bouteilles à l'entrée du pasteurisateur a tout d'abord une influence néfaste sur la consommation d'énergie. D'une part en effet, 'es bouteilles à l'entrée du tunnel étant en général très froides, on récupère leurs frigories pour refroidir les bouteilles qui sortent; s'il manque des bouteilles à l'entrée, on ne récupère plus leurs frigories et l'on est alors obligé de fournir de l'eau froide pour refroidir les bouteil- les qui sortent. D'autre part, lorsque ce manque de bouteilles arrive à la sortie, on ne récupère plus l'eau de refroidissement réchauffée par les bouteilles qui sont chaudes en sortie, de sorte que l'on est obligé d'apporter de l'extérieur des calories pour chauffer les bouteilles qui entrent. Avec les procédés de pasteurisation actuellement utilisés, on essaie quelquefois de pallier à ce manque de bouteilles, dû à une mauvaise synchronisation entre l'arrivée de celles-ci et i'avancée des bouteilles dans le pasteurisateur, en diminuant la vitesse d'avancée dans le tunnel. Il s'en suit alors une pasteurisation excessive, avec les inconvénients corrélatifs mentionnés précédemment. La courbe C de la figure 2 montre le résultat obtenu, avec le pasteurisateur classique considéré, dans le cas o l'on est amené à baisser de manière appréciable la vitesse du tablier pour pallier à une arrivée trop lente des récipients. On voit que la prise d'UP s'effectue régulièrement dans le pasteurisateur, pour aboutir finalement à un nombre total d'UP acquis supérieur au maximum admissible UPmax. La présente invention se rapporte à un procédé de pasteurisation qui n'entraîne pas les inconvénients précités du procédé actuel et qui permet d'avoir une vitesse variable ajustée à la production demandée. Il est caractérisé en ce que l'on subdivise au moins une partie de l'ensem- ble constitué par les zones de prépasteurisation et de pasteurisation en zones élémentaires de régulation dans chacune desquelles on calcule le nombre d'UP acquis par au moins un récipient de référence traversant au moins une partie de ladite zone élémentaire, et en ce que l'on déclen- che l'arrêt de la pasteurisation dans ladite zone lorsque ledit récipient de référence ou au moins un desdits récipients de référence a acquis un nombre d'UP maximum prédéterminé, et lorsque tous les autres réci- pients de référence, s'il y en a, ont acquis au moins un nombre d'UP minimal prédéterminé. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivan- te d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels: Figure 3 est une courbe de températures correspondant à celle de la figure I décrite précédemment, mais faisant apparaître le procédé de l'invention, Figure 4 est un faisceau de courbes de prise d'UP, correspondant au faisceau de la figure 2 décrite précédemment, mais réalisé à l'aide du procédé de l'invention, Figure 5 est une vue d'ensemble schématique d'un dispositif de circulation des fluides caloporteurs permettant la mise en oeuvre de l'invention, Figure 6 est un schéma de régulation permettant la mise en oeuvre de l'invention, Figure 7 est un graphique de prise d'UP faisant apparaître la I0 régulation de l'invention, Figure 8 est le détail V de la figure 7 permettant l'explication du procédé de l'invention dans le cas d'utilisation d'une seule bouteille de référence par zone, Figure 9 montre le même détail V dans le cas du fonctionnement avec plusieurs bouteilles de référence par zone. On reconnaît sur la figure 3 la courbe 1 des températures du produit le long du pasteurisateur en marche normale, ainsi que les zones successives 2, 3, 4 et 5, respectivement de préchauffage, de prépasteurisa- tion, de pasteurisation et de refroidissement. Conformément à l'invention, on divise l'ensemble Zr des zones 3 et 4 en zones élémentaires de régulation 60,61,62,...69, dans chacune desquelles on suit au moins une bouteille ou récipient de référence en calculant le nombre d'UP acquis par cette bouteille. Dans le cas o l'on ne suit qu'une seule bouteille de référence par zone élémentaire, on calcule en permanence le nombre d'UP acquis par celle-ci et l'on déclen- che un refroidissement dans cette zone lorsque ce nombre d'UP a atteint le maximum fixé. Par contre, dans le cas o l'on suit plusieurs bouteilles de référence dans la zone élémentaire, on déclenche le refroidissement dans cette zone lorsqu'au moins une bouteille de référence y a atteint ou dépassé le maximum d'UP fixé, et lorsque toutes les autres bouteilles de référence de cette même zone ont atteint ou dépassé le minimum d'UP fixé. Afin de pouvoir donner des explications plus détaillées et plus claires sur le procédé de l'invention, on décrira, préalablement à celles-ci et en référence aux figures 5 et 6, un dispositif préférentiel permettant sa mise en oeuvre. En se reportant à la figure 5, on a subdivisé le pasteurisateur 7, très partiellement représenté, en demi-caissons successifs 80,81,82,... physiquement séparés, comportant classiquement trois rampes d'arrosage 9 chacun, une seule étant représentée, et matérialisant respectivement les zones élémentaires 60,61,62,..., de la figure 3. Chaque groupe de trois rampes d'arrosage 9 associé à un demi- caisson 80, 81,82,..., déterminé, est alimenté en eau, chaude ou froide, par une conduite 10 comportant une pompe 11, une vanne de régulation 12 et une vanne trois-voies 13 munie d'une entrée d'eau chaude 15 et d'une entrée d'eau froide 14. Une canalisation de retour 53 permet classi- quement d'effectuer un arrosage en circuit fermé lorsque la vanne 13 est close. Une sonde de température 39 permet de mesurer la température d'arrosage dans le demi-caisson. L'eau chaude est stockée dans un premier réservoir 16 o elle est maintenue à température constante, par exemple 75 C, par des moyens de chauffage régulé classiques, et par suite non représentés, et l'eau froide est de même stockée dans un second réservoir 17 o elle est mainte- nue à température constante, par exemple 30 C, par des moyens classiques de réfrigération-chauffage également non représentés. Chaque réservoir 16,17 est respectivement associé à une pompe 18,19 placée dans une boucle de pompage, respectivement 16-20-18-21-16 et 17-2219-23-17 comme représenté, chacune de ces deux boucles étant respectivement connectée aux différentes canalisations 15 et 14 alimentant en eau chaude et en eau froide chacun des demi-caissons 80,81, 82,..., sous commande des différentes vannes régulantes 13 et 12. Le trop-plein d'eau d'arrosage de chaque demi-caisson tel que est dirigé, par une canalisation de trop-plein 24, vers des bacs de récupération 25, avantageusement un bac par demi-caisson. L'eau de récupération est soutirée de chaque bac 25 dans une canalisation 26 et par une pompe 27 et est dirigée vers une vanne trois-voies 28. La vanne 28 dirige alors cette eau de récupération soit vers le réservoir d'eau chaude 16 par la canalisation 32, soit vers le réservoir d'eau froide 17 par la canalisation 33, par exemple, sous commande du microprocesseur utilisé pour la régulation de l'invention et en fonction de la température de l'eau dans la conduite d'évacuation 26, prélevée par une sonde de température 29, et des niveaux d'eau dans les réservoirs 16 et 17, prélevés respectivement par des détecteurs de niveaux 30 et 31. S'il manque par exemple de l'eau dans les deux réservoirs, c'est la sonde de température qui déterminera, via le microprocesseur, l'envoi de l'eau de récupération dans un réservoir ou dans l'autre. La figure 6 représente grossièrement un schéma de régulation utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention. On a représenté schématiquement sur le dessin le tunnel de pasteurisation 7, son convoyeur associé 34, et des récipients 35 entrant dans le pasteurisateur en 36 et en sortant en 37. Les références 38 et 39 désignent des capteurs, 38 étant par exemple l'ensemble des capteurs de bourrage du pasteurisateur 7 et 39 l'ensemble des capteurs de température d'arrosage dans les zones élémen- taires de l'invention. On peut prévoir pour un pasteurisateur, plusieurs capteurs de bourrage l'un derrière l'autre en amont, et de même plusieurs autres capteurs de bourrage en aval. L'absence de bourrage à l'entrée ou présence de bourrage à la sortie indique qu'il y a lieu de ralentir la vitesse du tablier. L'absence de bourrage à la sortie ou la présence de bourrage à l'entrée indique qu'il y a lieu d'augmenter la vitesse du-tablier. Les références 40 et 41 désignent l'ensemble des actionneurs agissant, les premiers, sur les températures d'arrosage par zone, et, les seconds, sur la vitesse d'avancée du tablier. Un bloc logique de calcul et de commande 42 à logique program- mée, reçoit sur des entrées 43 les informations en provenance des diffé- rents capteurs 38 et 39 et fournit sur des sorties 44 des signaux de com- mande aux différents actionneurs tels que 40 et 41. Bien évidemment, le bloc logique de calcul et de traitement 42 comporte d'autres entrées de données, telles que l'entrée 45 en prove- nance d'un bloc 46 contenant les données de production, de température palier, de contenant, d'UP maximum et minimum, etc..., et que l'entrée 56 en provenance d'un bloc superviseur d'atelier 47 recevant lui-même en 48 des informations du bloc logique 42. Le bloc logique 42 comporte également et classiquement d'autres sorties, telle que la sortie 49 reliée à un écran de contrôle 50 et la sortie 51 reliée à un bloc 52 de contrôle de production et de pluralité. On explicitera maintenant de manière plus approfondie le fonc- tionnement, selon l'invention, du dispositif de pasteurisation des figures 5 et 6. On considère tout d'abord le cas, à priori le plus simple, en se reférant aux figures 7 et 8, o l'on suit, à l'aide du bloc logique 42, une seule bouteille (ou autre récipient) de référence dans chacune des zones 60 à 69 de l'invention, dont l'ensemble Zr est-égal, dans l'exemple préférentiel considéré, à l'ensemble des zones de prépasteurisation et de pasteurisation. Sur les figures 7 et 8, les niveaux UPmax et UPmin définissent les nombres d'UP maximal et minimal fixés par bouteille pour une bonne pasteurisation. L'écart entre ces deux nombres est désigné par E. La courbe F est la courbe de marche normale, pour une vitesse du convoyeur donnée du pasteurisateur. Préférentiellement dans le cas de l'invention, comme on le voit sur les dessins, cette courbe F est telle que chaque bouteille arrive en fin de zone de pasteurisation en ayant acquis le nombre minimum d'UP, ou UP min. Conformément à l'invention, le microprocesseur suit, dans chaque zone telle que la zone 69 représentée en vue agrandie sur la figure 8, une bouteille de référence b depuis son entrée dans la zone jusqu'à sa sortie de celle-ci. Connaissant la vitesse d'avancée du convoyeur, il con- naît la position de la bouteille b à chaque instant et calcule en permanen- ce le nombre d'UP acquis par celle-ci. Rien d'autre ne se passe tant que le nombre d'UP, calculé, acquis par la bouteille de référence b, reste au dessous de la valeur UPmax. Par contre si, par exemple en la position b de la figure 8, le tablier est arrêté, le nombre d'UP calculé pris par la bouteille de référen- ce croit de b en b' o, la valeur UPmax étant atteinte par cette bouteille, le microprocesseur déclenche, dans toute la zone 69, un refroidissement immédiat entraînant l'arrêt de prise d'UP, non seulement par la bouteille de référence, mais aussi, par toutes les autres bouteilles de la zone 69. Bien évidemment, dans le cas o la zone considérée n'est pas la dernière zone élémentaire de la zone Zr, le même refroidissement est à fortiori déclenché dans toutes les zones suivantes, d'ailleurs avant celui déclenché dans la zone considérée. On remarquera que, du fait que chaque zone élémentaire a une largeur non nulle, il s'ensuit une erreur systématique sur les UP pris par les autres bouteilles de la zone, la plus grande de celle-ci ayant été désignée par cOsur les figures 7 et 8. En effet, si par exemple l'arrêt du convoyeur a lieu lorsque la bouteille de référence est en début de zone en b1 (figure 8), on voit qu'elle acquiert encore, avant que ne soit déclenché le refroidissement, un nombre d'UP égal à LUP. Mais alors, toutes les bouteilles suivantes se trouvant dans la zone 69 acquièrent aussi ce nombre suplémentaire d'UP égal à\UP, de sorte que, dans cet exemple, elles acquièrent toutes, un nombre total d'UP supérieur à UPmax. d'une valeur dont la plus grande est la valeur e acquise au-dessus de UPmax par la dernière bouteille b2 de la zone 69. Le procédé entraîne donc dans ce cas une erreur systématique maximale égale à (c, cette erreur restant pratiquement dans des limites admissibles si les zones de régulation 60 à 69 sont suffisamment nombreu- ses, donc suffisamment étroites, ce qui est le cas dans l'exemple considéré. La figure 9, homologue de la figure 8, est une vue agrandie de la zone 69 dans la variante de réalisation o l'on subdivise la zone 69 en n souszones, z1 à zn, correspondant chacune par exemple à un pas du convoyeur, dans chacune desquelles le bloc logique 42, suit une bouteille de référence/ à An pendant toute sa traversée de la sous- zone. Le micro-ordinateur calcule à chaque instant le nombre d'UP acquis par chaque bouteille de référence / 1 à ( n, ce qui lui permet d'établir à chaque instant une courbe par points G des UP acquis dans la zone 69. Conformément à l'invention, -un refroidissement prématuré, donc un arrêt de pasteurisation, est déclenché lorsque: - au moins une des bouteilles de référence a acquis un nombre d'UP au moins égal à UPmax. - toutes les bouteilles de référence ont acquis un nombre d'UP au moins égal à UP min. Un tel cas est par exemple représenté sur la figure 9 par la courbe G' sur laquelle on voit que les deux dernières bouteilles de référen- ce ont dépassé UPmax tandis que toutes les autres ont dépassé UP min. Le réseau de courbes de la figure 4, homologue de celui de la figure 2 qui était relatif à l'art antérieur, montre les effets avantageux procurés par l'invention vis à vis de cet art antérieur. La courbe A', homologue de la courbe A, est la courbe de marche normale qui est, préférentiellement pour l'invention, la courbe de prise d'UP minimale. Les courbes B' et B", homologues de la courbe B, sont les courbes de prise d'UP par deux bouteilles décalées longitudinalement d'une distance légèrement inférieure à la largeur d'une zone, la courbe B étant relative à une bouteille unique de référence, en cas d'arrêt du convoyeur en D. La courbe C' homologue de la courbe C, est une courbe de prise d'UP, avec le procédé de l'invention, en cas de ralentissement du con- voyeur. On voit sur la figure 4 que dans tous les cas aucune bouteille n'acquiert un nombre d'UP supérieur de la valeur ô, généralement accep- table, à la valeur UPmax. On remarquera que le bloc logique 42, microprocesseur ou micro- ordinateur, permet une adaptation du flot des récipients en fonction des accumulations amont et aval. La régulation de la vitesse du convoyeur permet de maintenir le tunnel de pasteurisation toujours plein, de sorte que les échanges calorifiques entre les zones d'entrée et de sortie sont optimaux. Par ailleurs, la connaissance de la vitesse de passage et du nombre d'UP accumulé permet de prévoir des températures d'arrosage optimales en variation progressive de façon à dépenser le minimum de calories et de frigories. 1l REVENDICATIONS 1- Procédé de pasteurisation de produits alimentaires contenus dans des récipients (35), par traversée de ceux-ci d'un tunnel de pasteurisa- tion (7) dans lequel sont réalisées successivement une phase de réchauffe- ment procurant une montée régulière de température, au cours de laquelle s'effectue un préchauffage (zone 2) puis un chauffage accéléré dans une zone dite de prépasteurisation (zone 3), puis une phase de maintien à température palier dans une zone dite de pasteurisation (4), et enfin une phase de refroidissement (5), caractérisé en ce que l'on subdivise au moins une partie de l'ensemble Zr constitué par les zones de prépasteu- risation (3) et de pasteurisation (4) en zones élémentaires de régulation (60 à 69) dans chacune desquelles on calcule le nombre d'UP acquis par au moins un récipient de référence (b) traversant au moins une partie de ladite zone élémentaire, et en ce que l'on déclenche l'arrêt de la pasteurisation dans ladite zone élémentaire lorsque ledit récipient de référence (b) ou au moins un desdits récipients de référence (/ 1,.., /n) a acquis un nombre d'UP maximal prédéterminé (UPmax) et lorsque tous les autres récipients de référence, s'il y en a, ont acquis au moins un nombre d'UP minimal prédéterminé (UPmin). 2- Procédé de pasteurisation selon la revendication 1, du type utilisant plusieurs récipients de référence (/31"" M n) par zone élémentai- re, caractérisé en ce que l'on divise chaque zone élémentaire (60, 61,..., 69) en sous-zones adjacentes (Zl,.. zn) dans chacune desquelles on suit un récipient de référence ( 31'..' n). 3- Procédé de pasteurisation selon la revendication 2, appliqué à un pasteurisateur utilisant un convoyeur à pas de pèlerin, caractérisé en ce que l'on définit une sous-zone (Zl,.., zn) par pas. 4- Procédé de pasteurisation selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'on choisit la largeur desdites zones élémentaires de façon que l'erreur systématique maximale (CJ) commise sur les récipients de la zone élémentaire autres que ledit ou lesdits réci- pient(s) de référence soit égale à une valeur acceptable pour la pasteurisa- tion. - Procédé de pasteurisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on fait parcourir, en marche normale au(x) dit(s) récipient(s) de référence la courbe (F, A') qui aboutit à la - prise d'UP minimale (UP main) en fin de zone de pasteurisation. 6- Dispositif de pasteurisation de produits alimentaires contenus dans des récipients (35), permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce qu'il com- porte: - un tunnel de pasteurisation (7) au moins partiellement divisé en zones élémentaires (80, 81, 82...), - des prises d'informatidn (38, 39) au moins de température de liquide d'arrosage dans chaque zone, - un bloc logique (42) de calcul et de traitement d'au moins les informations en provenance desdites prises (38, 39), - un ensemble d'actionneurs (40, 41) commandés par ledit bloc logique et agissant au moins sur les températures de liquide d'arrosage dans chaque zone.