Brevet FR2650198A1 — publié le 19910201

PROCEDE ET BROYEUR POUR LA FABRICATION D'UN PRODUIT FORME PAR UNE SUSPENSION DE PARTICULES SOLIDES DANS UN VEHICULE GRAS La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un produit formé par une suspension pâteuse ou liquide de particules solides dans un véhicule gras, notamment pour fabriquer un produit alimentaire, dans lequel on forme un mélange comprenant des particules solides et au moins un corps gras sous une forme liquide ou pâteuse, puis on soumet ce mélange à au moins une étape de broyage et à au moins un traitement par un fluide. L'invention concerne aussi un broyeur pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant une cuve agencée pour contenir des éléments libres de broyage et un mélange de particules solides et d'au moins un corps gras sous une forme liquide ou pâteuse, un arbre rotatif s'étendant à l'intérieur de la cuve et pourvu d'éléments agitateurs agencés pour mettre en mouvement les éléments libres de broyage sous l'effet de la rotation de l'arbre, et des moyens d'entraînement pour faire tourner l'arbre. D'une manière générale, les techniques de fabrication du chocolat et des produits similaires, tels que les succédanés de chocolat, les produits de couverture au chocolat, les crèmes ou pâtes à tartiner aux noisettes ou aux amandes etc, comprennent des opérations demandant beaucoup de temps et d'énergie, et elles nécessitent un gros investissement en machines. Dans le cas du chocolat, après mélange des principaux ingrédients comprenant du sucre en poudre ou cristallisé, du lait entier en poudre, de la pâte ou de la poudre de cacao, ainsi que du beurre de cacao, il s'agit d'une part d'obtenir un mélange intime des composants solides, en particulier des particules de cacao, dans les composants liquides ou pâteux, et d'autre part d'augmenter la finesse du produit en écrasant les particules solides. Les particules de cacao deviennent ainsi des sortes de flocons qui ont une grande surface spécifique et qui, grâce au contenu gras de la pâte, permettent de plastifier assez facilement le produit. Dans la technique traditionnelle, cette phase de la fabrication se déroule d'abord dans des calandres à cylindres, puis dans des cuves appelées "conches", o la pète est pétrie à chaud et à l'air, pendant des durées de l'ordre de 24 à 48 heures. Il s'est avéré que cette étape de conchage a des répercussions importantes sur la qualité du produit non seulement par ses effets mécaniques, mais aussi grâce à l'oxydation de certains composants par contact avec l'air, ainsi que par une modification du profil aromatique par élimination totale ou partielle de certains composés volatils, notamment des aldéhydes et des cétones. Ces effets d'oxydation par aération sont mentionnés plus en détail par H. FINCKE dans " HANDBUCH DER KAKAOERZEUGNISSE", page 225, 2ème édition, Springer-Verlag 1965. Cependant, le conchage traditionnel nécessite des machines encombrantes, ayant une faible productivité et consommant beaucoup d'énergie. Pour obtenir un résultat équivalent avec des investissements moindres, une technique récente, correspondant au principe du procédé énoncé en préambule, consiste à pomper le mélange en continu d'un mélangeur à un ou plusieurs broyeurs à billes, servant à réduire les particules à une taille d'environ 20,/m et à homogénéiser simultanément la masse. Ensuite, le chocolat fluide issu du ou des broyeurs est exposé à l'action de l'oxygène de l'air au moyen d'appareils qui le mettent en couche mince, par exemple par projection dans l'air au moyen d'un disque rotatif ou par écoulement sur une surface verticale parcourue par des râcleurs, avec injection simultanée d'air à travers la couche mince de chocolat. Pour avoir une bonne efficacité, un tel traitement reste malgré tout assez long par le fait que l'oxygène à beaucoup de peine à atteindre les surfaces des particules solides de cacao, celles-ci étant revêtues d'une mince pellicule de corps gras. C'est pourquoi cette technique récente n'a pas encore pu s'imposer dans la fabrication des chocolats de qualité supérieure. En outre, elle exige tout de même des équipements relativement importants. Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir un procédé et une installation permettant de fabriquer des produits du type indiqué plus haut, au moyen d'un équipement ayant une bonne productivité et demandant des investissements moindres que les techniques connues, tout en assurant) un traitement assez efficace pour produire notamment du chocolat de qualité supérieure. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le traitement par un fluide comprend l'injection dudit fluide à l'intérieur de la masse du mélange pendant une étape de broyage. Dans une première forme de réalisation du procédé, ledit traitement par un fluide est un traitement de ventilation. De préférence, le traitement de ventilation et le broyage simultané sont faits sous une atmosphère contrôlée, à l'intérieur d'une enceinte contenant le mélange. Le gaz utilisé peut être notamment de l'oxygène, de l'ozone ou de l'air stérilisé, ou bien de l'azote ou un autre gaz inerte. D'autre part, on peut maintenir le mélange à une température prédéterminée durant le traitement de ventilation. Dans une autre forme de réalisation du procédé, le traitement par un fluide comprend l'injection d'un liquide fluidifiant et /ou tensio-actif. Le broyeur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour introduire un fluide à l'intérieur du mélange se trouvant dans la cuve. Dans une forme de réalisation préférée, les moyens pour introduire un fluide comportent des orifices de distribution ménagés dans au moins certains des éléments agitateurs, un conduit d'entrée ménagé dans l'arbre rotatif, et des conduits de distribution reliant le conduit d'entrée aux orifices de distribution. Lesdits moyens pour introduire un fluide peuvent comporter un dispositif de soufflage d'air, raccordé audit conduit d'entrée. Le dispositif de soufflage d'air peut comporter un organe de stérilisation d'air. Les moyens pour introduire un fluide peuvent aussi comporter une source de liquide et un doseur raccordé à cette source et au conduit d'entrée. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation, présentée à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en élévation des principales machines d'une installation de fabrication de chocolat utilisant le procédé selon la présente invention, et la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un broyeur à billes faisant partie de cette installation. L'installation représentée à la figure 1 est destinée à fabriquer des produits alimentaires se présentant sous la forme d'une suspension de particules solides dans un véhicule gras. L'exemple décrit ici se réfère à la fabrication de chocolat, c'est à dire que les particules solides comprennent avant tout des particules de cacao et de sucre, tandis que le véhicule gras comprend une majorité de beurre de cacao. Cependant, la meme installation est utilisable pour fabriquer d'autres produits. Elle comprend trois unités principales, entre lesquelles le produit traité, se présentant sous une forme liquide ou pAteuse, est transféré par des pompes et des conduites, à savoir un mélangeur 1, un broyeur à billes 2 et un réservoir de conditionnement et stockage 3. D'une unité à l'autre, le produit peut circuler dans le sens indiqué par les flèches sur la figure. Une vanne de sortie 4 du mélangeur 1 est reliée à une entrée du broyeur 2 par une conduite 5 équipée d'une pompe 6 à débit réglable. Une sortie 7 du broyeur à billes 2 est reliée au réservoir 3 par une conduite 8 équipée d'une pompe 9 et d'un appareil de liquéfaction 10. Le réservoir 3 comporte une première sortie 11 par laquelle son contenu peut être évacué en vue de son utilisation, par exemple dans une ligne de moulage et de conditionnement. Une seconde sortie 12 de ce réservoir est raccordée à une pompe 13 et à une conduite de retour 14 permettant de recycler le produit, par étapes ou en continu dans le mélangeur 1. Le cas échéant, on peut aussi prévoir une conduite de retour 15 renvoyant le produit du moulin 2 au mélangeur 1, par exemple à partir d'une vanne de distribution (non représentée) placée en aval de la pompe 9. On remarque également sur la figure un mécanisme d'entraînement 16 du mélangeur 1, ainsi que le gros moteur électrique 17 actionnant l'arbre vertical du broyeur 2 par l'entremise d'un réducteur 18. Par contre, beaucoup d'autres organes accessoires bien connus ne sont pas représentés, en particulier des organes d'alimentation et de dosage associés au mélangeur 1 et éventuellement au réservoir 3, ainsi que des organes de chauffage et/ou de refroidissement des différentes unités, par exemple par circulation d'eau chaude ou d'eau froide. La construction et le fonctionnement du moulin à billes 2 seront décrits plus loin plus en détail. Le cas échéant, dans une installation plus complète, ce moulin unique pourrait être remplacé par deux ou trois moulins raccordés en série et ayant des calibres de billes de plus en plus petits, pour réaliser une finesse croissante de broyage. Ces moulins peuvent fonctionner en continu. Pour fabriquer une pâte de chocolat, on emploie l'installation de la manière suivante. Dans le mélangeur 1, on introduit les ingrédients en quantités dosées prévues par la recette, notamment du sucre en poudre ou cristallisé, du lait entier en poudre, de la pâte de cacao et/ou de la poudre de cacao, du beurre de cacao. Ces ingrédients principaux peuvent évidemment être additionnés des adjuvants habituels, tels que la lécithine de soja, et d'arômes tels que la vanilline. Le mélangeur 1 traite cette charge par agitation à chaud, pour en faire un mélange homogène constitué par une suspension des particules solides de cacao, de sucre et de lait en poudre dans un liquide gras contenant très peu d'humidité. Ce mélange peut être transféré dans le broyeur 2 par la pompe 6 sous la forme de charge complète, de charge partielle ou en continu, selon le mode de traitement adopté. Le fonctionnement en continu est préféré dans les plus grandes installations. Dans le moulin à billes 2, qui sera décrit plus loin, le mélange subit simultanément un traitement de broyage des particules solides et un traitement de ventilation dans la masse. S'il le faut, le mélange peut étre recyclé vers le mélangeur 1 par la conduite de retour 15, en petites quantités ou en continu, jusqu'à ce qu'on obtienne la finesse voulue, correspondant généralement à des dimensions des particules solides d'environ 20/'.m. Le produit sortant du broyeur 2 est envoyé par la pompe 9 en direction du réservoir 3,' en 'passant à travers l'appareil de liquéfaction 10 qui améliore ses caractéristiques rhéologiques en lui appliquant des forces de cisaillement par des moyens mécaniques connus. Dans le réservoir 3, on peut appliquer au produit un traitement final destiné à améliorer son goût, par affinage du profil aromatique du produit fini de manière classique, par exemple par ventilation forcée avec de l'air conditionné et stérile, ainsi que l'addition d'aromes et de d'adjuvants technologiques tels que des agents conservateurs, épaississants, etc. La figure 2 montre plus en détail le moulin à billes 2 spécialement agencé pour la mise en oeuvre de la présente invention. La structure générale de ce moulin correspond à un type de moulin à billes classique et comprend une structure de base 21 contenant un conduit d'entrée 22 raccordé à la conduite 5, ainsi qu'un réservoir 23 de vidange du circuit de chauffage. Sur cette structure de base est montée une cuve cylindrique 24 destinée à recevoir le produit à traiter et entourée par une paroi extérieure 25 formant autour d'elle une chemise d'eau 26 raccordée à un circuit de chauffage et/ou de refroidissement commandé par thermostat, de manière à maintenir à une température prédéterminée la cuve 24 et son contenu. La cuve 24 a un fond 28 ayant une ouverture d'entrée 29 raccordée au conduit 22 et munie d'une grille , pour l'introduction du produit à traiter dans la cuve. Celle-ci contient en outre des billes métalliques 31 ayant un calibre approprié à la finesse de broyage recherchée. Une zone supérieure 32 de l'intérieur de la cuve est délimitée par un grillage 33 qui peut être traversé par le produit traité allant à la sortie 7 du moulin, mais pas par les billes 31. Le contenu de la cuve 24, mélangé aux billes, est brassé par la rotation d'un arbre vertical 34 entralné par le moteur 17 et le réducteur 18. Cet arbre porte des organes agitateurs constitués par des racleurs 35 adjacents au fond de la cuve et par des bras radiaux 36 échelonnés le long de l'arbre jusqu'à proximité de la grille supérieure 33. De manière connue, ces organes agitateurs créent des mouvements des billes 31 qui tendent à broyer les particules solides en suspension. Un aspect original du moulin à billes 2 est le fait qu'il comporte des moyens de distribution d'un gaz et/ou d'un liquide au sein même de la masse subissant le broyage. A cet effet, l'arbre 34 comporte un conduit axial d'entrée 38 qui s'étend sur toute sa longueur et qui est raccordé à des conduits de distribution 39 ménagés dans les bras 36 et débouchant à la surface de ses bras par plusieurs orifices de distribution 40. Cesorifices peuvent avoir des orientations différentes sur les différents bras, afin d'assurer une dispersion aussi complète que possible du fluide dans la masse. L'extrémité inférieure du conduit d'entrée 38 est obturée par un bouchon à vis 41, tandis qu'à l'extrémité supérieure de l'arbre ce conduit est pourvu d'un raccord tournant 42 ayant deux entrées 43 et 44. L'entrée 43 est raccordée à un dispositif de soufflage d'air conditionné stérilisé, comprenant par exemple une soufflerie 45, un filtre 46 et un stérilisateur 47 délivrant l'air stérile à une température prédéterminée. L'entrée 44 est destinée à l'introduction d'additifs liquides. Dans cet exemple, il s'agit de lécithine de soja; contenue dans un réservoir 48 et délivrée sur commande par un micro-doseur 49. A part la présence des conduits 38 et 39 et du raccord tournant 42, l'arbre rotatif 34 peut être construit de n'importe quelle manière connue dans ce genre de moulins. Dans cet exemple, il comporte un joint longitudinal 51 réalisé grâce à des manchons extérieurs 52, 53 et facilitant l'entretien. Au-dessus de ce joint, l'arbre est muni d'un déflecteur conique 54 renvoyant dans une gouttière annulaire 55 > et une évacuation 56 les éventuels écoulements d'huile provenant du réducteur 18, afin d'éviter qu'ils puissent atteindre le produit. Dans la partie supérieure 32 de la cuve, l'arbre porte également des éléments agitateurs 57 et un racleur 58 assurant une évacuation régulière du produit vers la sortie 7. Grâce à qette construction, le broyeur à billes 2 permet, d'une manière générale, d'effectuer un traitement complémentaire par injection d'un gaz ou d'un liquide ( dans le produit, en même temps que le broyage. Dans le présent exemple, un aspect particulièrement avantageux du procédé de fabrication de chocolat réside précisement dans la possibilité de traiter le mélange par ventilation en continu, au moment et à l'endroit o le broyage crée de nouvelles surfaces libres sur les particules de cacao, de sucre et de lait en poudre. De cette manière, l'oxygène de l'air injecté peut produire l'oxydation voulue sur le cacao beaucoup plus vite que dans l'opération traditionnelle de conchage, et sans nécessiter les appareils spéciaux mentionnés plus haut et destinés à mettre le chocolat en une couche mince pour son aération. De plus, l'air introduit dans le moulin 2 peut facilement être stérilisé, si bien que tout le traitement s'effectue dans une atmosphère contrôlée à l'intérieur du moulin. Dans certains cas, la ventilation du chocolat dans le moulin 2 sera suffisante. Dans d'autres cas, on peut prévoir une ventilation secondaire, par des moyens simples, à l'intérieur du réservoir 3. A la place du traitement par ventilation ou en complément de celui-ci, les conduits 38 et 39 sont particulièrement utiles pour injecter de la lécithine du réservoir 48 dans le produit en cours de broyage, afin de corriger sa viscosité qui est modifiée par l'augmentation progressive de la surface spécifique des particules solides. On peut évidemment envisager l'injection d'autres liquides favorisant le traitement, par exemple un liquide tensio- actif. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation et d'application décrit ci-dessus. En particulier on remarquera qu'un broyeur tel que le broyeur 2 s'applique non seulement à la fabrication de chocolat ou d'autres produits alimentaires analogues, mais à tout autre produit se présentant sous la forme générale d'une suspension pâteuse ou liquide de particules solides dans un véhicule gras, lorsque ces particules solides doivent subir un broyage. Une telle application se présente par exemple dans la fabrication des encres d'imprimerie ou de certaines peintures. D'autre part, le traitement de ventilation opéré en même temps que le broyage ne vise pas toujours l'obtention d'une oxydation. Au contraire, on peut ventiler la masse au moyen d'un autre gaz dépourvu d'oxygène, en particulier au moyen d'azote pour la déshumidifier en évitant une oxydation considérée comme nuisible, par exemple dans la préparation d'une crème à tartiner à base de noisettes. Revendications 1. Procédé de fabrication d'un produit formé par une suspension pâteuse ou liquide de particules solides dans un véhicule gras, notamment pour fabriquer un produit alimentaire, dans lequel on forme un mélange comprenant des particules solides et au moins un corps gras sous une forme liquide ou pâteuse, puis on soumet ce mélange à au moins une étape de broyage et à au moins un traitement par un fluide, caractérisé en ce que ledit traitement par un fluide comprend l'injection dudit fluide à l'intérieur de la masse du mélange pendant l'étape de broyage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement par un fluide est un traitement de ventilation. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement de ventilation et le broyage simultané sont faits sous une atmosphère contr6ôlée, à l'intérieur d'une enceinte contenant le mélange. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit fluide est de oxygène ou de l'ozone. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit fluide est de l'air stérilisé. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit fluide est de l'azote ou un autre gaz inerte. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on maintient le mélange à une température prédéterminée durant le traitement de ventilation. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement par un fluide comprend l'injection d'un liquide fluidifiant et/ou tensio-actif. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les particules solides comprennent des particules de cacao. 10. Broyeur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant une cuve (24) agencée pour contenir des éléments libres de broyage (31) et un mélange de particules solides et d'au moins un corps gras sous une forme liquide ou pâteuse, un arbre rotatif (34) s'étendant à l'intérieur de la cuve et pourvu d'éléments agitateurs agencés pour mettre en mouvement les éléments libres de broyage sous l'effet de la rotation de l'arbre, et des moyens d'entraînement pour faire tourner l'arbre, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (38-48) pour introduire un fluide à l'intérieur du mélange se trouvant la cuve (24). 11. Broyeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens pour introduire un fluide comportent des orifices de distribution (40) ménagés dans au moins certains des éléments agitateurs (36), un conduit d'entrée (38) ménagé dans l'arbre rotatif, et des conduits de distribution (39) reliant le conduit d'entrée aux orifices de distribution. 12. Broyeur selon la revendication 11, caractérisé en ce qué lesdits moyens pour introduire un fluide comportent un dispositif de soufflage d'air (45-47), raccordé audit conduit d'entrée (38). 13. Broyeur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif de soufflage d'air comporte un organe de stérilisation d'air (47). 14. Broyeur selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens pour introduire un fluide comportent au moins une source de liquide (48) et un doseur (49) raccordé à cette source et audit conduit d'entrée (38).