Brevet FR2626371A1 — publié le 19890728

! La présente invention a pour objet une méthode d'6tude et de contrôle des changements d'etat d'un milieu liquide ou gélifié, par exemple les phénomènes de gélifica- tion d'un fluide liquide ou de liquéfaction d'un gel par mesure différentielle des caractéristiques thermiques dudit milieu. L'invention concerne également un dispositif cap- teur desdites caractéristiques thermiques d'un fluide li- quide en voie de gélification ou de liquéfaction. Cette invention s'applique plus particulièrement aux industries alimentaires. Dans le document EP-A-O 144 443, a été décrit un procédé d'application du principe de l'anémQmétrie à fil chaud pour suivre la coagulation du lait. Cette méthode permet de façon plus générale de suivre une transition liquide-gel dans des conditions isothermes. En fait de l'énergie est apportée au miliieu initialement liquide sous forme de chaleur au moyen d'un fil de platine, après quoi on réalise la mesure de la température de ce fil. Dans le milieu liquide, la convection naturelle conduit a un équi- libre des transferts thermiques entre le fil et le produit de sorte que La tempéerature du fil est aussi celle du li- quide. Si le milieu se coagule ou se gélifie, le change- ment de structure de ce milieu s'accompagne d'un changement de régime thermique avec passage de la convection naturelle A la conduction. Ceci se-traduit par une augmentation de la température du fil de platine, ce qui correspond A une mo- dification du coefficient de transfert de chaleur dans le milieu puisque la conductivité thermique de ce dernier res- te constante * Dans le domaine des industries alimentaires, d'une part, la condition d'isothermie n'est jamais parfai- tement réalisée et, d'autre part, plusieurs cas de gélifi- cation ou de coagulation sont associés A une variation de température, par exemple la gélif$cation de la gélatine, des polysaccharides, et plus généralement la fabrication 26Z6371 des sauces et des confitures, de m9me que la coagulation A chaud d'un lait emprésuré à froid et autres. Dans les cas exposés ci-dessus, les perturbations apportées par la va- riation de temperature ne permettent pas au capteur proposé dans le brevet précité de mettre en évidence le phénomène de coagulation. Un objet de la présente invention est de prendre en compte les variations de température du milieu susceptible d'être coagulé ou gélifié. Un autre objet de la présente invention est d'utiliser ces caractéristiques pour obtenir une informa- tion uniquement relative aux phénomènes de coagulation stricto-sensu La-présente invention a donc pour objet une métho- de d'étude et de contrôle des phénomènes de gélification d'un fluide liquide ou de liquéfaction d'un gel par mesure différentielle des caractéristiques thermiques dudit- mi- lieu, caractérisée en ce que l'on réalise la mesure de la température du milieu au moyen d'une première sonde déli- vrant un premier signal, tout en apportant audit milieu de l'énergie sous forme de chaleur au moyen d'une seconde son- de suffisamment éloignée de la première sonde pour ne pas perturber cette dernière par les variations de températu- res, cette seconde sohde délivrant un signal correspondant sa température, après quoi l'on. traite après amplifica- tion et correction, les signaux émis par les sondes dans une unité de traitement électro-informatique en se servant du signal de mesure de la température du milieu pour corri- ger le signal fourni par la seconde sonde de grandeur thet- mique, de sorte que l'information contenue dans le signal soit' relative aux phénomènes de coagulation stricto-sensu. L'invention s'étend également A un dispositif cap- teur des caractéristiques thermiques d'un fluide liquide en voie de gélification, plus particulierement destine à la mise en oeuvre de la méthode précitée, ce dispositif étant caractérisé par l'tassociation d'une première sonde assurant 3R la mesure de la température du fluide liquide et d'une se- conde sonde destinée A apporter l'énergie sous forme de chaleur au milieu, ces deux.sondes délivrant des signaux qui sont transférés, aprés amplification et correction, une unité de traitement électro-informatique. Selon la présente invention, on utilise avantageu- sement des sondes A fil de platine. D'autres avantages et caractéristiques de la pré- sente invention apparaîtront A la lecture des formes et exemples de réalisation décrits dans ce qui suit en réfé- rence aux dessins annexés dans lesquels: Fig. 1 est une vue schématique du dispositif cap- teur selon la présente invention; Fig.2 représente les-courbes 0a (sonde de tempéra- ture) et SGT(1) (sonde de grandeur thermique illustrant la cinétique de gélification d'une solution de gélatine & 1%; Fig.3 représente les courbes 02 (sonde de tempera- ture) et SGT(2) (sonde de grandeur thermique) illustrant la cinétique de gélification d'une solution de gélatine A 5%; Fig.4 représente les courbes 03 (sonde de tempéra- ture) et SGT(3) (sonde de grandeur thermique) illustrant la cinétique de gélification d'une solution de télatine A %: Fig.5 représente les courbes 04(sonde de tempéra- ture) et SGT(4) (sonde de grandeur thermique) illustrant la cinétique de coagulation d'un lait emprésuré a froid; Fig.6 représente les courbes H (sonde de type HORI), SGT(5) (sonde de grandeur thermique) et 05 (sonde de température illustrant la cinétique de coagulation d'un autre lait emprésuré a froid. - Le dispositif capteur représente A la figure 1 comporte deux sondes 1, 2 A résistance de platine de 100 ohms A O C conditionnées en ampoule de verre, présentant par exemple un diamètre de 2 mm pour une longueur de 12 mm La première sonde, dite sonde de température, assure la mesure de la température du milieu, tandis que la seconde sonde, dite sonde de grandeur thermique, apporte de l'énergie sous forme de chaleur au milieu et délivre un si- gnal qui indique sa propre température. Les dimensions de la sonde de grandeur thermique sont choisies en fonction du produit étudié afin de respecter une quantité de chaleur fournie par unité de surface suffisamment faible pour conférer au capteur une qualité de finesse ou discrétion.On peut se procurer facilement de telles sondes dans le com- merce. Le chauffage du fil de platine de la sonde de gran- deur thermique 2 est assuré par effet Joule à partir d'une source de courant calibré G2 d'intensité constante par exemple de 35 mA, ce qui donne une puissance de 0,2 watt pour une densité de flux égale à 1600 W/m2. Ce courant doit être suffisamment stable et de plus indépendant de toute variation de résistance pour permettre la mesure de celle-ci. Par ailleurs, la source de courant utilisée G1 pour la sonde de température 1 assure une stabilité en cou- rant de 0,1 mA pour une variation de 10% de la température de charge. Le signal issu de la sonde de température est alors amplifié a l'étage A1 avant d'être traité à l'étage L de façon analogique ou numérique. La mesure de la température de la sonde de gran- deur thermique 2 correspond à la mesure de variation de ré- sistance du fil de platine connu par la variation de la tension aux bornes de ce fil. C'est ainsi que pour une in- tensité I constante on a: V (t) = R (t) x I, t étant la température.Avant tout changement de structure du produit, la sonde de gran- deur thermique délivre un signal Vo(t) non nul, qui est fonction de la température du produit. En condition iso- therme, t étant alors constant, Vo(t) est une constante et seule la différence V(t) - Vo (t) est significative du changement de structure. Vo(t) est alors considéré comme une tension de décalage que l'on note Vd. Lorsque le changement de structure du produit étu- dié est corollaire d'une variation de la température, la tension de décalage Vd n'est plus constante mais est fonc- tion de la température t du produit. La sonde de tempéra- ture 1 qui est alimentée avec un courant d'intensité 1 mA, délivre une tension analogique Vo(t) proportionnelle à la température t. Après un étalonnage judicieux, la tension de décalage à déduire du signal fourni par la sonde de grandeur thermique peut être calculée à l'étage L après am- plification en A2 soit par une méthode analogique avec un sommateur électronique, soit par une méthode numérique avec un micro-ordinateur. Par exemple, avec un étalonnage dans l'eau entre 10 et 80 C, en utilisant une carte de condition- nement du signal doté d'un sommateur électronique, la ten- sion de décalage Vd (t)a été reliée à Vo(t) par une équation du type aX + b. Le signal V (t) délivré par la sonde de gran- deur thermique 2, diminué de la tension de décalage Vd(t), est alors amplifié à l'étage F. On notera que, par rapport au capteur du type thermocouple, le rapport des sensibilités est de 350 en faveur de la sonde à résistance de platine. Ainsi le monta- ge avec la sonde à résistance de platine assure, avec un seul étage d'amplification F à gain 100, un signal peu bruité et très sensible. De plus, un seul filtre passe-bas à fréquence de coupure inférieure à 1 Hz suffit. Les exemples d'application suivants ne sont donnés qu'à titre purement illustratif et ne limitent en aucune façon la portée de la présente invention. EXEMPLE 1 - Gélification Trois solutions de gélatine. Une quantité déterminée de gélatine en poudre a été mise en solution dans l'eau distillée, puis chauffée dans un four à micro-ondes jusqu'à dissolution complète.La solution obtenue est répartie dans deux béchers de 50 ml chacun. Ces derniers sont placés dans un bain-marie, la sonde de température est plongée dans le premier bécher, la sonde de grandeur thermique dans le second bécher. Ainsi la sonde de grandeur thermique ne perturbe pas la mesure de la température du milieu. Les signaux délivrés par les deux sondes sont enregistrés en continu. Sur les figures 2, 3 et 4, sont représentés les résultats obtenus avec des solu- tions de gélatine à trois concentrations différentes 1%, 5% et 10%, respectivement. On soumet ces solutions à une di- minution de température de 650C à 15 C, suivie d'une aug- mentation de même amplitude. On observe une légère dérive du signal délivré par la sonde de grandeur thermique pendant la diminution de la température, dérive due à l'utilisation d'une méthode ana- logique pour le calcul de Vd. Il convient de noter que la mise en oeuvre d'une méthode numérique permettrait de suppri- mer cette dérive. Puis, lorsque la température de gélifica- tion est atteinte, respectivement en gl, g2, g3, la pente du signal s'inverse. L'importance de cette pente, ainsi que la température de gélification sont fonction de la concentration en gélatine de la solution. Enfin, lors de la remontée en température, il apparaît une aggravation importante du si- gnal que l'on peut associer au phénomène de liquéfaction du gel, par exemple en 11, 12 et 13, respectivement sur les fi- gures 2 3 et 4. Ce phénomène étant l'inverse de la gélifica- tion EXEMPLE 2 - Coagulation d'un lait emprésuré à froid. On sait que sur un lait emprésuré à froid, l'hydrolyse enzymatique se produit normalement. Par contre, la formation du réseau protéique qui constitue la coagula- tion proprement dite n'a pas lieu, le lait emprésuré res- tant ainsi liquide. Il est toutefois possible d'obtenir la formation du réseau protéique en augmentant la température après un certain temps de maintien au froid. Ces phénomè- nes ont permis la mise au point d'un procédé de technologie fromagère, appelé procédé Stenne-Hutin (1965) Le dispositif capteur de la présente invention permet de suivre le déroulement des phénomènes. Dans l'exemple illustré à la figure 1, le lait utilisé est re- constitué à partir d'une poudre de lait écrémé à raison de 100 g/litre, additionné de 1 mmole/kg de CaC!2, le pH d'emprésurage étant de 6,63. On ajoute alors l'agent coa- gulant sous la forme d'une solution préparée à partir de présure en poudre, à savoir 50 mg/kg de lait, soit 222pg/kg de chymosine active. On obtient normalement une coagula- O10 tion de ce lait à 30 C en 15 minutes. Dans le cas présent, le lait emprésuré a été main- tenu à 10 C environ 1 heure, après quoi on le soumet à une augmentation de température de 10 à 30 C au moyen d'un bain-marie, ce qui nécessite 8 minutes. Pendant tout le temps o le lait emprésuré est maintenu à 10 C, la sonde de grandeur thermique n'indique aucune variation de signal. Lorsque la consigne de température du bain-marie est modi- fiée, le signal oscille de façon désordonnée autour d'une valeur moyenne proche de la valeur précédente, reflétant ainsi les phénomènes de convection naturelle. Alors que la température approche de 30 C, le signal de la sonde de grandeur thermique augmente brusquement avant d'atteindre un plateau. Il est alors possible d'associer le moment du repérage visuel de la formation du-réseau, c'est-à-dire le temps de prise des fromagers, sensiblement au moment du point d'inflexion de la courbe. La figure 6 présente le même type de cinétique en comparant les résultats obtenus sur les courbes e5 et SGT5 avec le dispositif capteur selon l'invention et sur la courbe H avec une sonde du type décrit par Hori dans le document précité. Dès le début du changement de consigne de température, on voit sur la courbe H que le signal de la sonde de type Hori augmente brusquement. Il est à noter que cette variation, qui est supérieure au total à 29 volts d'amplitude, ne permet pas de repérer le moment de la coagulation contrairement au signal de la sonde de grandeur thermique incorporée au dispositif capteur de la présente invention. Ainsi se trouve résolu selon la présente invention le problème du contrôle de la modification et de la coagu- lation des produits alimentaires, grâce à l'association des deux sondes incorporées au dispositif capteur qui permet la mesure différentielle au niveau des signaux émis par lesdi- tes sondes. Il est clair que la présente invention n'est nul- lement limitée aux formes et des modes de réalisation dé- crits ci-dessus, mais qu'elle englobe toutes les modifi- cations et variantes à la portée de l'homme de l'art.De même les références des dessins ne sont données qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif de la présente invention.En outre, il convient de préciser que les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limi- tent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Méthode d'étude et de contrôle des changements d'états d'un milieu liquide ou gélifié, par exemple les phénomènes de gélification d'un fluide liquide ou de liqué- faction d'un gel par mesure différentielle des caractéris- tiques thermiques dudit milieu, caractérisée en ce que l'on réalise la mesure de la température dudit milieu au moyen d'une première sonde (1) émettant un premier signal, tout en apportant au milieu de l'énergie sous forme de chaleur au moyen d'une seconde sonde (2) qui délivre un signal cor- respondant à sa propre température, après quoi les deux si- gnaux, après amplification et correction, sont transférés dans une unité de traitement électro-informatique. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première et la seconde sondes sont alimentées en courants faibles. 3. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde sonde est disposée suffisamment éloi- gnée de la première sonde pour ne pas perturber en température cette dernière. 4. Dispositif capteur des caractéristiques thermi- ques d'un fluide liquide, destiné à la mise en oeuvre de la méthode selon une des revendications 1 à 3 caractérisé par l'association d'une première sonde (1) assurant la mesure de la température du fluide liquide émettant un signal cor- respondant, et d'une seconde sonde (2)destinée à apporter de l'énergie sous forme de chaleur au milieu liquide et dé- livrant un signal qui indique sa propre température, les deux signaux étant, après amplification et correction, transférés dans une unité de traitement électro- informatique 5. Dispositif capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux sondes (1, 2) sont des son- des à résistance de platine