Brevet FR2693347A1 — publié le 19940114

La présente invention concerne un procédé amélioré de séchage de grains de céréales, oléagineux et protéagineux, en particulier de grains de mais, et un séchoir pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le mais, plante d'origine tropicale, a été adapté pour sa culture en zone tempérée. Toutefois, cette adaptation entraine une maturation tardive des grains qui ne peuvent sécher sur pied avant leur récolte. I1 est donc nécessaire de les sécher avant leur entreposage pour permettre leur conservation, afin d'éviter les phénomènes de fermentation au stockage qui entraînent une dégradation des grains. De fait, avec l'accroSssement de la production de mais en zone tempérée se sont développées de nouvelles techniques de séchage des céréales. La technique la plus courante à ce jour, consiste à chauffer les grains récoltés par passage dans un courant d'air chaud, d'environ 100 à 1 20 C. Ce séchage s'effectue dans un séchoir comprenant une colonne de séchage verticale remplie de grains en vrac qui sécoulent par gravité. Ce séchoir comprend des canaux horizontaux d'admission et d'évacuation d'air disposés en rangées à intervalles réguliers et en quiconce sur toute la hauteur de la colonne de séchage. Les canaux ont pour fonction de permettre, alternativement dans le sens de la hauteur, l'introduction de l'air chaud et l'évacuation de l'air usé. Ce séchoir est connu dans la technique sous la vocable de séchoir "à flux mixtes" ou "à dièdres". Le débit d'écoulement des grains est réglé par un dispositif d'extractions intermittentes en bas de la colonne, après le passage des grains dans une zone de refroidissement où l'air ambiant est admis par les canaux d'admission en place de l'air chaud. Le débit d'air chaud, sa température et le débit d'écoulement des grains de mais sont des paramètres importants, et connus de l'homme du métier, dont dépend la qualité du grain obtenu. Certaines évolutions à ce procédé "classique" ont été apportées par la mise en place de zones de relaxation, dans lesquelles les grains ne sont pas chauffés entre deux zones de chauffage. Le mais séché obtenu était généralement employé dans l'alimentation humaine et animale où seul l'aspect des grains, c'est-à-dire qu'ils ne soient pas trop secs, voire calcinés, était important. Depuis quelques années, le grain de mais, constitué principalement d'amidon, devient une source potentielle de matière première renouvelable et biodégradable dont l'utilisation industrielle, en particulier pour la préparation de matières plastiques et de colles, de bio-éthanol carburant, etc, ira croissante, venant s'ajouter aux usages habituels de ce produit. Les amidoneries qui extraient l'amidon des grains de mais recherchent donc une matière première où l'amidon soit aisément extractible, sans endommagement de sa structure. Cette facilité d'extraction se trouve dans le grain fraîchement récolté. Toutefois, le séchage par les méthodes décrites précédemment, entraîne une dénaturation de ces propriétés. En effet, de manière à éliminer l'humidité, il est nécessaire de chauffer longtemps les grains à une température élevée. Le grain de maïs peut alors dépasser une température critique au-delà de laquelle les protéines présentes dans le grain coagulent et rendent difficile, voire impossible l'extraction de l'amidon, en raison de l'imbrication de ces deux constituants majeurs du grain. La seule solution apportée par les procédés classiques de séchage décrits précédemment ne peut que consister en une diminution de la température de l'air chaud, qui ne peut qu'entraîner un allongement des temps de séchage, peu rentable pour une exploitation industrielle. Cet aspect du problème est d'autant plus important que les grains récoltés dans les zones tempérées ont des taux d'humidité compris entre 30 et 40%, qutil faut ramener après séchage aux environs de 15%. La présente invention concerne donc un procédé de séchage des grains de céréales, oléagineux et protéagineux, plus particulièrement des grains de mais, pour l'obtention de grains présentant une qualité agro-industrielle améliorée, ctest-à-dire pour lesquels l'extraction de l'amidon est aisée, puisque présentant une structure physico-chimique sensiblement identique à celle de l'amidon natif. Il a été trouvé que le but est atteint lorsque l'on amène les grains de mais à une température critique par chauffage avec un courant d'air chaud, puis que l'on soumet alternativement les grains à un refroidissement par un courant d'air froid et à un chauffage par un courant d'air chaud, en effectuant plusieurs fois cette alternance jusqu'à l'obtention de grains séchés. La température critique des grains, notamment pour le mais, est comprise entre 45 et 600C, de préférence 50"C, température au-delà de laquelle les protéines présentes dans le grain se dénaturent par coagulation. Les grains sont refroidis entre deux phases de chauffage de préférence à une température comprise entre 20 et 350C. Dans le procédé selon la présente invention, l'air chaud a généralement une température comprise entre 1500C et 2000C, de préférence 1800C, bien que des températures inférieures, c'est-à-dire de l'ordre de 1200C, comme pour les procédés classiques puissent également être employées. Pour refroidir les grains, l'air froid a une température comprise entre 0 et 200C, de préférence 10"C. En général, on emploiera comme air froid l'air ambiant extérieur. D'une manière avantageuse, les grains sont chauffés et refroidis au moins 2 fois, préférentiellement entre 3 et 6 fois. La qualité agro-industrielle des grains séchés est mesurée par leur indice de turbidité. L'indice de turbidité est obtenu par l'intermédiaire d'un test appelé "test de turbidité", décrit en particulier pour les grains de mais (Le Bras et Beaux, Guide Pratique d'Analyses dans les Industries de Céréales, Tec. et Doc., Lavoisier Ed., Paris, et Lasseran, Uniformity by 2000, Ed. L.D. Hill, University of Illinois, Urbana 61801, USA). Pour la réalisation de ce test, on solubilise dans une solution saline aqueuse les protéines non dénaturées du grain de malus, que l'on coagule au bain marie à 100"C. On mesure alors la transmission de la lumière avec un spectrophotomètre au travers de cette solution pour déterminer la quantité relative de protéines encore intactes. L'échelle de notation n'est autre que l'échelle de mesure, soit 0 à 100% de transmission de la lumière (%T), mais inversée. Un mais séché dans de mauvaises conditions, dont les protéines ont subi une cuisson, aura un indice de turbidité compris entre 60 et 100% T, correspondant à un faible taux de protéines intactes solubilisées. A contrario, un mals natif aura un indice de turbidité proche de 15% T. Un indice compris entre 15 et 50% T correspond à un mais de très bonne qualité, et révèle d'excellentes conditions de séchage. Par le procédé selon la présente invention, les grains obtenus présentent un indice de turbidité inférieur à 50% T, de préférence compris entre 20 et 30% T, lorsque la qualité initiale du grain est comprise entre 10 et 20% T. La présente invention concerne également un séchoir à grains de céréales, en particulier à grains de mais, constitué par une colonne de séchage verticale, dans laquelle les grains s écoulent par gravité, comprenant alternativement, du sommet vers la base de la colonne des zones de chauffage et des zones de refroidissement, la zone supérieure étant une zone chaude et la zone inférieure une zone froide. I1 comprend de préférence des canaux horizontaux d'admission et d'évacuation d'air disposés alternativement, de préférence en quinconce à intervalles réguliers, sur la hauteur de la colonne de séchage. Les zones de chauffage sont chauffées par l'admission d'air chaud alors que les zones de refroidissement sont refroidies par l'admission d'air froid. Ainsi, dans le séchoir selon l'invention, les grains, introduits en tête de la colonne de séchage et sécoulant par gravité entre les canaux d'admission et d'extraction le long de la colonne, sont tout d'abord chauffés, ensuite refroidis, puis alternativement chauffés et refroidis et ce plusieurs fois jusqu'à la base de la colonne où ils sont extraits par un dispositif de soutirage approprié. D'une manière préférentielle, l'air chaud admis dans les zones de chauffage du séchoir selon l'invention, a une température comprise entre 1500C et 200 C, et un débit spécifique d'air compris entre 1.000 et 1.500 kg 3 (kg/h.m3). D'une manière encore 3 par heure et par m de grains (kg/h.m ). D'une manière encore plus préférentielle, la température de l'air chaud est de 1800C et son débit spécifique de 1.250 kg/h.m3 de grains. L'air froid a, quant à lui, une température comprise entre 0 et 20 C, de préférence 10 C et est admis à un débit d'air spécifique compris entre 2.000 et 3.000 kg/h.m3 de grains, de préférence 2.500 kg/h.m3 de grains. Le séchoir selon l'invention est particulièrement adapté pour la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment. L'homme du métier saura déterminer le nombre approprié de canaux d'admission et d'évacuation des zones de chauffage de manière à amener le grain à la température critique définie précédemment, avant son passage dans la zone suivante de refroidissement. De même, il saura adapter le nombre de canaux d'admission et d'évacuation des zones de refroidissement, afin d'assurer le refroidissement du grain à une température comprise entre 20 et 350C. On peut alors définir pour le séchoir selon la présente invention une première zone de chauffage où le grain est amené à la température critique, en tête de la colonne de séchage, et à sa base une zone terminale de refroidissement. Entre ces deux zones, on définira des zones intermédiaires de refroidissement, alternées avec des zones intermédiaires de chauffage. D'une manière avantageuse, le séchoir selon la présente invention comprend entre 2 et 6 zones intermédiaires de refroidissement, et en conséquence entre 2 et 6 zones intermédiaires de chauffage. La hauteur de chaque zone de chauffage ou de refroidissement d'un séchoir à mais est généralement définie par le nombre de couches épaisses qu'elle contient. Par couche épaisse, on entend la distance verticale comprise entre une rangée de canaux d'admission et la rangée de canaux d'évacuation disposée immédiatement au-dessus ou en dessous. D'une manière avantageuse, le séchoir selon la présente invention comprend pour la première zone de chauffage entre 15 et 40 couches épaisses, de préférence entre 20 et 25, et les zones intermédiaires de chauffage, entre 2 et 10 couches épaisses, de préférence 4. De même, les zones intermédiaires de refroidissement comprennent entre 1 et 6 couches épaisses, de préférence 2 alors que la zone inférieure de refroidissement final comprendra entre 4 et 10 couches épaisses, de préférence 6. D'une manière avantageuse, la hauteur d'une couche épaisse du séchoir selon la présente invention est comprise entre 15 et 40 cm, de préférence 25 cm. D'autres caractéristiques du séchoir selon la présente invention apparaîtront à la lecture de la figure 1 annexée. La figure 1 représente un séchoir selon la présente invention, constitué par une colonne de séchage (1), comprenant une trémie d'alimentation en grains humides (11), et un dispositif de soutirage du grain séché (12), en général un système de vanne à tiroirs servant à réguler le débit d'écoulement du grain. La colonne de séchage (1) est également divisée en zones de chauffage et de refroidissement avec une zone supérieure de chauffage (1') et une zone inférieure de refroidissement (10'), et quatre zones intermédiaires de refroidissement (2',4',6',8') et de chauffage (3',5',7',9'). Le séchoir comprend également un circuit d'admission de l'air chaud (2), qui alimente chaque zone de chauffage (1',3',5',7' et 9') en air chaud. L'air est chauffé par un générateur d'air chaud (21), généralement un bru leur à gaz en veine d'air, combiné à un ventilateur (24) qui insuffle l'air chaud vers les zones de chauffage. De même, le séchoir comprend un circuit d'admission d'air froid (3) qui alimente les zones de refroidissement (2',4',6',8' et 10') en air froid, au moyen d'un ventilateur (31). L'air chaud extrait des zones supérieures de chauffage (1',3' et 5') est saturé en eau et est généralement évacué par un moyen approprié (22). Les airs usés extraits des zones de refroidissement (2',4',6',8' et 10') et des zones de chauffage inférieures (7' et 9') sont recyclés par l'intermédiaire d'un circuit de récupération (23) relié au circuit d'admission de l'air chaud (2) en amont du générateur d'air chaud (21). Dans ce séchoir, les débits-masse d'air sont équilibrés de façon à ce que le débit-masse d'air neuf entrant par le ventilateur (31) soit égal au débit-masse d'air usé rejeté à l'extérieur (22). De même, le débit-masse d'air recyclé du circuit de récupération (23) correspond au débit-masse d'air chaud du circuit d'admission de l'air chaud (2). Ce mode de réalisation préférentielle du séchoir selon la présente invention s'appliquera sans distinction aux séchoirs neufs comme aux séchoirs anciens après modifications pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention. L'homme du métier saura prévoir d'autres modes de réalisation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comme par exemple une alimentation alternée en air froid ou chaud dans un même espace, contrôlée par une minuterie, ou l'adaptation du procédé à des séchoirs horizontaux. Les figures 2 et 3 représentent les diagrammes de teneur en eau, de température et d'indice de turbidité des grains de mais lorsque l'on applique le procédé selon la présente invention dans un séchoir de 56 couches épaisses de 25 cm permettant un débit en grains d'environ 1.440 kg/h par mètre carré de section horizontale, pour un séchage de 38 à 15% de teneur en eau. Le séchoir, d'une hauteur de 14 m est divisé en 10 étages, 5 de séchage et 5 de refroidissement. Lwétage supérieur destiné à amener le grain à la température critique est constitué de 24 couches épaisses. Les zones intermédiaires de chauffage comprennent pour leur part 4 couches épaisses. Les zones intermédaires de refroidissement (2', 4' et 6') ont 2 couches épaisses, la zone (8') 4 couches épaisses, alors que la zone inférieure de refroidissement (10') en comprend 6. L'air chaud employé pour sécher les grains a une température d'environ 1800C, alors que l'air froid est à environ 10 C. Le diagramme représenté par la figure 2 montre que le refroidissement alterné des grains n interfère pas avec la régularité de la diminution de leur teneur en eau. La figure 3 est pour sa part sans équivoque et illustre le caractère particulièrement inattendu du procédé selon la présente invention puisque bien que la température des grains dans la moitié inférieure du séchoir aille par brefs à-coups au-delà de la température critique de 50"C, l'indice de turbidité est maintenu à moins de 30% T, correspondant à un grain séché de haute qualité agro-industrielle et cela malgré un séchage de très grande amplitude (38 à 15% de teneur en eau). Ce résultat, inaccessible avec les séchoirs "classiques", a été obtenu grâce aux refroidissements multiples qui maintiennent la température des grains à une valeur proche de la température critique. REVENDICATIONS 1. Procédé de séchage de grains de céréales, oléagineux et protéagineux, en particulier de grains de mais pour l'obtention de grains présentant une qualité agro-industrielle améliorée, caractérisé en ce que l'on amène les grains humides à une température critique par chauffage avec un courant d'air chaud, puis en ce que l'on soumet alternativement les grains à un refroidissement par un courant d'air froid et à un chauffage par un courant d'air chaud en effectuant plusieurs fois cette alternance jusqu'à l'obtention de grains séchés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température critique est comprise entre 45 et 600C, de préférence 50"C. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le grain est refroidi entre deux phases de chauffage à une température comprise entre 20 et 350C. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'air chaud a une température comprise entre 150 et 2000C, de préférence 1800C. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'air froid a une température comprise entre 0 et 200C, de préférence 10 C. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le grain est chauffé et refroidi au moins 2 fois, préférentiellement entre 3 et 6 fois. 7. Prpcédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le grain obtenu présente un indice de turbidité inférieur à 50% T, de préférence compris entre 20 et 30% T. 8. Séchoir à grains de céréales, en particulier à grains de mais, constitué par une colonne de séchage verticale dans laquelle les grains s'écoulent par gravité, caractérisé en ce qu'il comprend alternativement, du sommet vers la base de la colonne, des zones de chauffage et des zones de refroidissement, la zone supérieure étant une zone chaude et la zone inférieure une zone froide. 9. Séchoir à grains selon la revendication 8, caractérisé en ce qu il comprend des canaux d'admission et d'évacuation d'air, disposés alternativement, de préférence en quinconce à intervalles réguliers. 10. Séchoir à grains selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les zones de chauffage sont chauffées par l'admission d'air chaud et les zones de refroidissement sont refroidies par l'admission d'air froid. 11. Séchoir à grains selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'air chaud est admis à une température comprise entre 150 et 200"C, à un débit spécifique d'air compris entre 1.000 et 1.500 kg par heure 3 et par m3 de grains (kg/h.m 12. Séchoir à grains selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'air chaud est admis à une température de 180"C, à un débit spécifique de 1.250 kg/h.m3 de grains. 13. Séchoir à grains selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'air froid est admis à une température comprise entre 0 et 200C, de préférence 10 C, et à un débit d'air spécifique compris entre 2.000 et 3.000 kg/h.m de grains, de préférence 2.500 kg/h.m de grains. 14. Séchoir à grains selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que les zones de chauffage comprennent un nombre approprié de canaux d'admission et d'évacuation afin d'assurer le chauffage du grain à la température critique avant son passage dans la zone suivante de refroidissement. 15. Séchoir à grains selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que les zones de refroidissement comprennent un nombre approprié de canaux d'admission et d'évacuation afin d'assurer le refroidissement du grain à une température comprise entre 20 et 350C. 16. Séchoir à grains selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend entre 2 et 6 zones intermédiaires de refroidissement et entre 2 et 6 zones intermédiaires de chauffage correspondantes. 17. Séchoir à grains selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que la première zone de chauffage comprend entre 15 et 40 couches épaisses, de préférence entre 20 et 25, et les zones intermédiaires de chauffage comprennent entre 2 et 10 couches épaisses, de préférence 4. 18. Séchoir à grains selon l'une des revendications 8 à 17, caractérisé en ce que les zones intermédiaires de refroidissement comprennent entre 1 et 6 couches épaisses de préférence 2, et la zone inférieure de refroidissement final comprend entre 4 et 10 couches épaisses, de préférence 6. 19. Séchoir à grains selon l'une des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que la hauteur d'une couche épaisse est comprise entre 15 et 40 cm, de préférence de 25 cm.