Brevet FR2605500A1 — publié le 19880429

--1 -- DISPOSITIF DE TRAITEMENT THERMIQUE ET PROCEDE DE MISE EN OEUVRE DE CELUI-CI DANS UNE APPLICATION A LA PREPARATION DE CONFITURE DE LAIT L'invention concerne un dispositif et son environnement, destiné au traitement d'un produit obtenu à partir d'un mélange de lait et de sucre à la manière d'une confiture. Un procédé d'obtention d'un tel produit est déjà décrit dans une demande de brevet n0 8506378 déposée par le demandeur. La mise en oeuvre d'un tel procédé peut conduire à certaines difficultés, notamment au niveau de la structure de la cuve de cuisson et de la rigueur des cycles thermiques à respecter: ainsi, pour obtenir l'effet d'oxydation du lait recherché (effet Maillard), le dimensionnement de la cuve et l'architecture de l'agitateur jouent un rôle fondamental. La présente invention a pour objet de résoudre tous ces problèmes et concerne précisément un dispositif de traitement thermique spécialement conçu et adapté pour l'application à la fabrication de la confiture de lait. Elle concerne plus précisément un dispositif de traitement thermique comportant une cuve destinée à recevoir un mélange de lait et de sucre et coopérant avec des moyens de chauffage capables d'élever la température de ce mélange et de réguler cette température en fonction d'un cycle déterminé; dispositif caractérisé en ce que la cuve (3) est constituée d'une paroi cylindrique raccordée à un fond en forme de calotte sphérique; cette cuve (3) étant, d'une part, équipée d'un agitateur (4) dont la structure est adaptée pour accomplir deux fonctions l'une d'homogénéiser, l'autre de racler en permanence à la fois toute la surface de la paroi cylindrique ainsi que toute la surface de la calotte sphérique et, d'autre part, de moyens (18,19) permettant l'évacuation rapide du produit en fin de traitement. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles: - la figure 1 représente une vue en coupe de la cuve et deson agitateur, objets de l'invention. - la figure 2 est une vue en perspective de l'agitateur dans la cuve, à partir d'une coupe AA de la figure 1; -2- - la figure 3 montre la cuve, objet de l'invention, coopérant avec des moyens périphériques conduisant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. Comme le montre la figure 1, le dispositif (1) de traitement thermique du lait et du sucre est constitué d'un caisson étanche (2) dans lequel est disposée une cuve (3), munie d'un agitateur (4) qui tourne selon le sens de rotation R, autour d'un arbre (5) vertical entraîné par un moteur (55) non représenté sur cette figure mais visible sur la figure 3. Ce moteur repose sur un berceau (550) posé en travers de la cuve (3). Le palier supérieur (560) de l'arbre (5) est solidaire de ce berceau (550). Le caisson étanche (2) est constitué d'un bâti cylindrique dont les parois latérales (22) sont isolées thermiquement, par exemple, par de la laine de roche. Dans le fond du caisson (2) est placée une pluralité de thermoplongeurs (6), par exemple six, répartis tous les 600. Les connecteurs (16) de ces thermoplongeurs sortent du caisson (2) par des manchons étanches (17). Les thermoplongeurs (6) sont immergés dans un bain d'huile (7) qui occupe tout le volume enveloppant la cuve(3) sur une hauteur (h) supéreure au niveau utile atteint par le produit en cours de traitement, dans la cuve (3). Ce mode de chauffage par bain d'huile (7) et régulé par thermoplongeurs (6) tel que représenté sur la figure 1 n'est pas limitatif et tout autre moyen connu susceptible de fournir un chauffage efficace et une régulation souple de la température peut être utilisé. Dans le fond du caisson (2), un tube de vidange d'huile (8) est aménagé. Enfin, traversant d'une manière étanche le caisson (2) et solidaire de la cuve (3), un système d'évacuation du produit est prévu. Il s'agit d'une combinaison de vannes (18) et de tubes (19) qui sortent du fond du caisson (2). Ces tubes d'évacuation sont raccordés à l'installation placée en aval de la cuve (3) comme schématisé sur la figure 3. Une seule vanne est représentée sur la figure mais ce nombre peut être de deux, trois, quatre, (n). Le profil (pf) de la surface blocante de chaque vanne épouse parfaitement le profil du fond de la cuve., L'ensemble caisson (2) et cuve (3) est soutenu par des pieds (9) réglables qui reposent sur des supports antivibratoires (10). Dans le caisson (2) repose donc la cuve (3) en acier inoxydable; cette - -.3-- cuve (3), conformément à l'invention, est cylindrique et son fond se présente sous la forme d'une calotte sphérique. La partie extérieure de la cuve (3) est en contact avec l'huile (7) contenue dans le caisson (2) alors que l'intérieur reçoit le produit à traiter. La température du produit en cours de cuisson est mesurée en permanence par un thermostat (35) non représenté. Une des caractéristiques essentielles de l'invention concerne l'agitateur (4) qui est illustré sur la figure 2 vue en perspective à partir de la coupe (AA) de la figure 1. Cette caractéristique réside dans le fait que l'agitateur accomplit une double fonction, celle d'agitation d'une part, et d'autre part celle de racleur du fond et des parois de la cuve (3) pendant l'opération de cuisson. Il est constitué d'une armature principale (40) en U allongé, réalisée en tube d'acier inoxydable. Rejoignant à l'intérieur du U les deux branches verticales de celui-ci, une paroi (42) en tôle d'acier inoxydable est surmontée d'un déflecteur (43) également en acier inoxydable réalisé en forme de V formant donc avec la paroi (42) un Y. Cette forme particulière de ce déflecteur (43) permet de rabattre le "rouleau" de produit qui a tendance à prendre forme pendant l'agitation sans qu'il y ait de choc indésirable au niveau des molécules du lait. Pour améliorer encore cet effet, ce déflecteur peut comporter un rabat supplémentaire à chacune de ses extrémités. En dessous de la branche horizontale de l'armature principale (40), verticalement sur toute la longueur de celle-ci, est fixée tangentiellement sur le tube horizontal de l'armature (40), une paroi constituée d'un segment circulaire (44) rigidifié par un raidisseur (47). Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le profil circulaire de cette paroi (44) épouse parfaitement le profil en calotte sphérique du fond de la cuve (3) afin de favoriser un raclage optimal sans laisser de pellicule stagnante de produit au fond de la cuve (3) pendant la cuisson. Un jeu (j) faible est maintenu entre le fond de la cuve (3) et la base du segment circulaire (44) de l'agitateur (4) par l'appui de son axe central (5) sur une butée (25) qui assure en même temps le bon centrage de l'agitateur (4) dans la cuve (3). Néanmoins, afin de favoriser le brassage du produit dans le fond de celleci sans effort excessif sur l'agitateur (4) tout en assurant le parfait balayage du fond de la cuve (3), une pluralité d'ouvertures, par exemple rectangulaires, sont pratiquées sur la périphérie du segment (44) comme on peut le voir sur la figure 2, La forme de ces ouvertures est optimisée -4- en fonction de l'application considérée. Une autre caractéristique importante de l'invention réside dans le fait qu'afin d'assurer simultanément le brassage du produit et le raclage du fond de la cuve (3) pour éviter la brûlure du produit, les ouvertures, par exemple rectangulaires, (50,51,52...) pratiquées dans la moitié gauche (G) -vu sur le dessin par rapport à l'axe d'entraînement de l'agitateur (4)- ne sont pas en concordance avec celles (500, 501, 502...) pratiquées dans la moitié droite de l'agitateur (D par exemple) comme on peut le voir sur la - figure 1. La partie (D) n'est pas représentée sur la fig. 2. Il en résulte qu'à chaque demi-tour de l'agitateur (4) une zone de fond de cuve (3) complémentaire de la précédente se trouve immédiatement raclée par le passage de la partie (D), ce qui évite la prise au fond et la brûlure du produit en cours de cuisson, la partie gauche (G) étant raclée au demi-tour suivant. Enfin, pour éviter le même phénomène de brûlure sur les parois verticales de la cuve, un système de racleurs est de plus installé sur chacune des branches verticales du U formant l'armature principale (40). Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, la branche verticale de l'armature principale (40) de l'agitateur (4) est équipée dans sa partie (G) d'un seul racleur (60) de longueur (L), qui est placé sensiblement au milieu de la hauteur de cette branche verticale. En revanche, et afin d'assurer un balayage permanent de toute la surface interne de la partie cylindrique de la cuve, la branche verticale opposée, dans la partie (D) de l'agitateur (4), est équipée de deux racleurs (61 & 62) qui encadrent en haut et en bas la surface balayée par le raeleur opposé (60). Grâce à cette combinaison de moyens, comme le fond de la cuve, la paroi cylindrique est, en cours de cuisson, en permanence et totalement balayée, ce qui évite tout risque de prise du produit sur cette paroi et donc de brûlure. Pour tenir compte de l'usure des racleurs et de leur éventuel remplacement, les racleurs (60, 61, 62) sont démontables et réglables. Comme on peut le voir sur la figure 3, le récipient de traitement thermique (1) décrit précédemment est alimenté électriquement et contrôlé par une armoire (11).Une plate-forme (111) permet de surveiller l'ensemble pendant le déroulement des différentes étapes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Un couvercle (non représenté) recouvre la cuve. Cet ensemble est placé en amont d'un bac tampon (B) et d'une trémie doseuse (T). La présence du bac tampon (B) relié à la cuve (3) via la ou les --5- vannes (18) et le ou les tubes (19) prolongés par une tuyauterie (33) est justifiée par le fait qu'à la fin de la cuisson, l'évacuation du produit doit se faire d'une manière aussi rapide que possible. Une présence trop longue du produit fini dans la cuve (3) à la fin de la cuisson conduirait à la décomposition du produit. Il est donc indispensable, après une évacuation rapide de la cuve (3) de récupérer le produit dans ce récipient qu'est le bac tampon B, dans le cas o le conditionnement ne peut suivre assez vite. Néanmoins, si la quantité fabriquée est faible et si, de ce fait, l'usage du bac tampon B s'avère inutile, il peut être courtcircuité au moyen d'une vanne (70). Le produit est alors acheminé directement dans la trémie doseuse T. Une pompe (P) reliée au couple -bac tampon (B) et trémie (T)par une canalisation (34) assure cette fonction. En revanche, dans le cas o, pour une raison quelconque, telle qu'un bouchage ou un trop-plein de la trémie doseuse (T), le produit est alors dérivé vers le bac tampon (B) grâce à la vanne (75) placée sur le circuit (34). Enfin, à la sortie (5) de la trémie doseuse (T), le produit peut être conditionné dans les récipients appropriés, selon une technique classique. Les principales étapes du procédé de préparation d'une confiture de lait mettant en oeuvre le récipient et l'installation conforme à l'invention sont maintenant décrites. Durant une étape préalable au chargement dans la cuve (3), le lait est, comme cela a été décrit dans la demande de brevet référencée ci-dessus, concentré par ultrafiltration ou par procédé thermique. Le demandeur a constaté en effet que le temps de cuisson est inversement proportionnelle au taux de filtration, il en résulte donc, soit un gain de temps pour une quantité de lait déterminée, soit pour un temps donné (t), un gain en quantité de lait traité. On peut donc ainsi envisager la mise en oeuvre de grandes quantités de lait de base, sans faire appel, comme dans la fabrication traditionnelle, à des cuves de dimensions exagérées. On a coutume d'appeler X2, X3, X4, X5,...Xn, un volume de lait après ultrafiltration. Ce volume correspond alors à 2 litres effectifs de lait pour X2, 3 litres pour X3, 4 litres pour X4, 5 litres pour X5 et n litres pour Xn. Ainsi, si l'on traite litres de X5, on traite en réalité 1 000 litres du lait initial. Or, ce qui limite actuellement l'utilisation de lait extrêmement concentré résulte uniquement de la difficulté de transporter un tel produit par suite des risques d'augmentation d'acidité. -6 - En revanche, cet obstacle est surmonté si l'on peut pratiquer l'ultrafiltration sur les lieux mêmes de fabrication du produit selon l'invention, d'o l'intérêt de coupler à une installation d'ultrafiltration, éventuellement déjà existante pour d'autres applications, un dispositif de traitement thermique selon l'invention. On parle plus volontiers d'un retentat de protéines parce que cette méthode (non décrite ici car faisant partie de l'art connu) conduit à une récupération des protéines du lait. De plus, grâce à ce procédé, une bonne partie des sucres (lactose) se trouve éliminée. Le concentrat de protéines est donc prêt à être mis dans la cuve (3) selon l'invention et à subir le traitement thermique. Plusieurs étapes sont alors à prévoir. Une première étape consiste à chauffer la cuve (3) vingt à trente minutes avant le chargement de telle sorte que les parois de la cuve soient à une température voisine de 70 C. Lorsque cette condition est remplie, on dépose alors le lait, préalablement ultrafiltré et maintenu à une température de 4 C, dans la cuve (3) préchauffée et on met immédiatement l'agitateur (4) en action. La vitesse de rotation de ce dernier, qui tourne par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre est de l'ordre de 23 à 25 tours par minute. Tout est mis en oeuvre pour obtenir un réchauffage rapide du lait qui doit atteindre très vite une température supérieure à 50 C. Après quelques tours d'agitateur, dès que le lait est bien mélangé, on prélève un échantillon pour une mesure d'acidité Dornic et de Ph. on ajuste alors ce Ph qui doit rester compris entre 6,5 et 7, par addition de bicarbonate. Ce contrôle est refait régulièrement et en tout état de cause au moins une fois toutes les heures. Environ une demi-heure après le chargement, dès que le lait atteint une température supérieure à 65 C, on effectue l'apport de sucre cristallisé. La cuisson se poursuit sous agitation constante avec raclage permanent des parois et du fond de la cuve grâce à la structure de l'agitateur (4) conforme à l'invention. Au bout des deux heures qui suivent le chargement, on procède, le cas échéant, à l'apport du parfum choisi (chocolat, noix de çoco,etc.). La température du lait est alors comprise et maintenue constante entre 95 et 98 C. Si le parfum est volatile, il ne sera introduit dans la préparation qu'au dernier moment. 7- Trois heures après l'apport du sucre cristallisé, on procéde à l'apport du sucre inverti qui conduit à l'obtention de la couleur recherchée. Cet apport se fait soit directement, soit en faisant appel à un prémélange. Cinq heures après, la cuisson est terminée ou sur le point de l'être. Pour avoir la confirmation que le traitement est fini et que le produit élaboré est prêt à être conditionné, on procède à un test au refractomètre ou à un test dit de la goutte dans l'eau. On procède alors à l'évacuation du produit soit directement vers l'équipement de dosage et de conditionnement, soit vers le réservoir tampon(B), comme cela a été expliqué précédemment. On obtient ainsi, grâce à la technique de l'ultrafiltration et à la cuisson sous agitation et le raclage dans une cuve conforme à l'invention, une confiture de lait de très bonne qualité gustative et de conservation, et ceci de manière répétitive et fiable. REVENDICATIONS 1) Dispositif de traitement thermique comportant une cuve destinée à recevoir un mélange de lait et de suere et coopérant avec des moyens de chauffage capables d'élever la température de ce mélange et de réguler cette température en fonction d'un cycle déterminé; dispositif caractérisé en ce que la cuve (3) est constituée d'une paroi cylindrique raccordée à un fond en forme de calotte sphérique; cette cuve (3) étant, d'une part, équipée d'un agitateur (4) dont la structure est adaptée pour accomplir deux fonctions: l'une de remuer constamment le mélange en cours de cuisson pour l'homogénéiser, l'autre de racler en permanence à la fois toute la surface de la paroi cylindrique ainsi que toute la surface de la calotte sphérique et, d'autre part, de moyens (18,19) permettant l'évacuation rapide du produit en fin de traitement. 2) Dispositif selon la revendication 1; caractérisé en ce que l'agitateur (4) est constitué d'une armature principale (40) en forme de U, équipée d'une paroi (42) placée à l'intérieur de cette armature (40), solidaire à chacune de ces extrémités des deux branches verticales du U, et surmontée d'un déflecteur (43) en forme de V, l'ensemble de la paroi (42) et du déflecteur (43) se présentant en forme de Y, architecture qui permet durant tout le traitement de rabattre le produit sans altérer les molécules de lait. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2; caractérisé en ce que la branche horizontale de l'armature principale (40) porte, disposée à l'opposéde la paroi (42) portant le déflecteur (43), une paroi constituée d'un segment circulaire (44) qui épouse le profil de la calotte sphérique constituant le fond de la cuve (3) en ne laissant subsister qu'un faible jeu (j). 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce que des ouvertures (50,51,...,500,501,..) sont pratiquées sur la périphérie de ce segment (44), ouvertures dont la fonction est de faciliter le mouvement de l'agitateur (4). ) Dispositif selon la revendication 4); caractérisé en ce que ces ouvertures (50, 51... 500,501..) sont par exemple rectangulaires. 6) Dispositif selon l'une des revendications 4) et 5); caractérisé.en ce que les ouvertures (50, 51...) pratiquées d'un côté de l'agitateur (4) pris par rapport à son axe de rotation, ne sont pas en concordance avec les ouvertures (500, 501...) mais décalées les unes par rapport aux autres de -9- telle sorte que toute la calotte sphérique se trouve raclée à chaque tour de l'agitateur malgré la présence de ces ouvertures. 7) Dispositif selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce que les branches verticales de l'armature principale (40) de l'agitateur (4) porte un système de racleurs dont la fonction est de lécher la surface cylindrique de la cuve (3). 8) Dispositif selon la revendication 7; caractérisé en ce que la partie (G) porte un seul racleur (60) de longueur (L) tandis que la partie opposée (D), vue par rapport à l'axe de rotation de l'agitateur (4), porte deux racleurs (61, 62) encadrant, vu dans l'espace, le racleur (60) de telle sorte que toute la surface cylindrique est soumise à une action de raclage à chaque tour de l'agitateur (4). 9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ee que les moyens de chauffage sont constitués par un caisson étanche (2) contenant un bain d'huile (7) dans lequel repose la cuve (3), réchauffée par une pluralité de thermoplongeurs (6). ) Dispositif selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce que les moyens d'évacuation du produit.de la cuve (3) sont constitués d'au moins une vanne (18) et d'au moins une canalisation (19) reliée à une trémie (T) de dosage, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un bac tampon (B). 11) Procédé de mise en oeuvre d'un dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce qu'il consiste: - avant chargement, à amener les parois de la cuve (3) à une température voisine de 70 C; - à charger la cuve avec le concentrat de protéines et à mettre immédiatement l'agitateur (4) en marche à une vitesse de rotation comprise entre 20 et 25 tours; - à réchauffer rapidement le lait à une température voisine de 50 C; - à procéder au contr8le et à l'ajustement du Ph; - à effectuer l'apport en sucre cristallisé dès que la température du lait atteint la température de 65 C, cette augmentation de température devant être obtenue dans un délai de 30 minutes environ après l'opération de chargement; - à maintenir la température du lait constante entre 95 et 98 C sous agitation; -10- - à effectuer l'apport du sucre inverti trois heures après l'apport du sucre cristallisé; - à surveiller la fin de cuisson par des tests adaptés cinq heures après le chargement; - à vider rapidement la cuve en fin de traitement.