Brevet FR2711894A1 — publié le 19950512

La présente invention est relative à un procédé de traitement du lait et de sous-produits laitiers. Elle vise plus particulièrement un procédé qui permet d'obtenir, à partir d'un rétentat d'ultrafiltration du lait comprenant éventuellement des agents enzymatiques ou chimiques, mais acidifié par des ferments lactiques thermophiles et/ou mésophiles, le passage d'un état liquide à un état "fromage" solide, manipulable et tranchable, apte à commencer le cycle de saumurage et d'affinage. Les procédés connus de fabrication d'un fromage mettent en oeuvre une succession d'étapes telles que notamment la formation d'un gel de lait par voie d'acidification lactique et/ou enzymatique, la mise en forme du caillé dans des moules, l'égouttage et/ou le pressage du caillé de manière à favoriser sa cohésion en bloc représentant le gabarit du fromage, l'évacuation du sérum, le démoulage du fromage, puis le salage suivi de la phase d'affinage. Ces procédés sont mis en oeuvre à partir de techniques permettant d'obtenir des préfromages liquides ou des rétentats par ultrafiltration contenant la plus grande partie des protéines de sérum (se reporter au brevet français NO 2052121), et ils autorisent des rendements fromagers importants (élaboration d'un rétentat en continu) qui conduisent à des économies de présure. Néanmoins, étant donné que le phénomène de synérèse - qui est une agrégation, au cours du temps, de particules dans un gel - est quasiment absent dans le préfromage liquide, l'emploi de la présure ou d'un agent enzymatique pour la coagulation lactique ou acide n'est pas totalement supprimé, ce qui implique obligatoirement le passage par l'emploi de moules pour y disposer le caillé. La production de fromages nécessite l'immobilisation d'un grand nombre de moules pendant un laps de temps important, générant par ailleurs des opérations de maintenance, de manutention considérables (démoulage, lavage, pressage ...). On connaît par ailleurs (cf. brevet allemand NO 2430199 et brevet français NO 2589331), des produits obtenus par la mise en oeuvre de procédés basés sur l'application des forces de cisaillement à un rétentat d'ultrafiltration et l'utilisation de la modification de la texture qui en découle. En général, ces procédés de coagulation sont appliqués à des produits liquides, notamment des boissons ou des pâtes fraîches. La présente invention vise à pallier les inconvénients précédents, en proposant un procédé qui permet d'obtenir à partir d'un rétentat issu d'ultrafiltration, un produit, notamment un fromage, sans obligatoirement nécessiter l'ajout d'un agent de coagulation pour le passage de l'état liquide à l'état solide et donc apte à subir les étapes suivantes d'élaboration du produit fini. La présente invention se propose particulièrement d'utiliser le phénomène de modification de texture que subit un produit laitier, dans des conditions physico-chimiques données, lorsqu'on lui applique des contraintes de cisaillement. Ainsi, le préfromage liquide passe d'un état liquide à un état solide, tranchable et manipulable. Avantageusement, le procédé objet de l'invention dispense - de mise en contact éventuelle du rétentat liquide avec de la présure pour la formation de caillé - de l'emploi de moules et autorise - la formation d'un produit fini apte à subir le salage de manière continue et instantanée - l'obtention de fromage de gabarit et de forme variable - le foisonnnement, et/ou l'addition de marquants ou d'arômes - l'injection de produits de fourrage de manière continue ou discontinue. A cet effet, le procédé d'élaboration de produits laitiers muni d'au moins une étape d'ultrafiltration et de maturation, se caractérise en ce qu'il comporte au moins une étape de mise sous pression dudit produit en aval d'une étape d'homogénéisation, suivie d'au moins une étape de répartition permettant d'obtenir le passage d'une phase liquide à une phase solide du produit, puis d'au moins une étape d'expansion ou de détente pour le formage, et enfin d'au moins une étape de découpe en portions dudit produit solide. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures - la figure 1 illustre une installation de mise en oeuvre du procédé selon l'invention comportant principalement une unité de maturation, une unité d'homogénéisation, une unité de durcissement et de mise en forme du gel, une unité de découpe et une unité de salage - la figure 2 est une vue plane en coupe de l'unité de durcissement et de mise en forme du gel - la figure 3 est une vue plane en coupe, en élévation frontale, de la plaque comportant les buses ou les pastilles qui assurent le changement de phase du produit - la figure 4 est une vue plane, en élévation latérale, de la plaque munie de pastilles - la figure 5 est une vue plane en coupe, en élévation frontale, de l'unité de préformage munie des mâchoires de marquage - la figure 6 est une vue de dessus en coupe de l'unité de préformage munie des mâchoires de marquage. Selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il comporte une succession d'étapes qui permet d'obtenir, à partir d'un rétentat liquide issu d'une unité d'ultrafiltration 1, des portions solides de produits, notamment fromagers. Le rétentat liquide d'ultrafiltration débouche dans un réservoir de maturation 2 au sein duquel il subit éventuellement une acidification par des ferments lactiques thermophiles et/ou mésophiles, puis il est amené dans des conditions physicochimiques requises, notamment par le choix de conditions de refroidissement et de pH, à des caractéristiques adéquates à son moulage. A titre d'exemple, on cite notamment pour un produit laitier comprenant des ferments lactiques thermophiles, une température de refroidissement très voisine de 450C mais pas inférieure à 360C, et une valeur de pH comprise dans la fourchette 5,00 et 5,90. A la sortie du réservoir de maturation 2, le rétentat liquide est repris par une pompe de gavage 3, en direction d'une unité d'homogénéisation 4, notamment à deux têtes 5, qui élève la pression du produit. Pendant cette étape d'homogénéisation 4, se situe au moins une étape de mise en pression qui contraint le produit liquide au sein d'au moins un organe déprimogène 6, notamment du style clapet, cet organe étant taré par un système de ressorts réglables 7. Au sein de l'étape de mise en pression, le rétentat possède une pression moyenne qui avoisine les 300 bars et il traverse un organe 8 réalisé sous la forme d'une plaque, pourvu d'une pluralité d'orifices 9 qui permettent le changement de phase du rétentat ou préfromage liquide en un gel de fromage. La plaque comporte une pluralité d'orifices 9 disposés de manière à conformer des secteurs égaux 10 sur une génératrice (notamment un diamètre) pour une plaque 8 circulaire, lesdits orifices 9 sont comblés par une pluralité de buses 11 ou pastilles, notamment cinq, en carbure de tungstène. Selon une caractéristique avantageuse, l'axe 12 perpendiculaire au plan du siège 13 de chacun des orifices 9 recevant les pastilles 11 est incliné d'un angle a de quelques degrés compris entre 5 et 200 et préférentiellement 130, par rapport à l'axe de l'orifice 14. Cette disposition permet d'une part, de créer des jets divergents en direction des parois internes 15, et d'autre part de s'assurer que le profil de vitesse du gel de fromage est plat, la forme du profil de vitesse étant déterminante pour la bonne répartition du produit et pour la fermeté désirée du gel de fromage. En aval de cette étape de transformation, se situe au moins une étape d'expansion 16 ou de détente du gel et de formage en boudin. Ces phases sont réalisées au travers d'une pluralité de coudes 17, dont au moins un diverge et débouche dans une portion tubulaire 18 de sections quelconques. Les parois internes 15 du tube possèdent des propriétés de surface avantageuses, notamment au niveau de leur état de surface, vis-à-vis du gel de fromage en contact ; ainsi, ce tube 18 est réalisé dans une matière plastique du type notamment polyméthyl-méthacrylique (P.M.M.A) dont les propriétés de glissement sont importantes. Par ailleurs, il est avantageux d'incliner de quelques degrés, d'un angle ss compris entre 5 et 30 , et préférentiellement 150, l'axe longitudinal du tube 19 par rapport à l'horizontale. Cette conformation crée, d'une part, une perte de charge suffisante dans le tube pour garantir son remplissage continu, et d'autre part, des conditions qui favorisent le découpage ultérieur du boudin en portions. Le tube d'expansion réalise la transformation du gel en une pâte molle, homogène et consistante dépourvue d'extrait liquide, dont la texture est celle du produit final. La dernière étape consiste en un découpage du boudin en portions à l'aide de l'action d'au moins un organe tranchant 20, tel que notamment un fil métallique ou plastique, combinée à celle d'au moins un organe de formage 21 et de marquage. A la sortie du tube, le boudin de pâte de fromage qui sort en permanence par l'action continue des moyens de mise en pression 4, chemine au travers d'un organe de formage 21, pourvu de coquilles 22 dont le profil est choisi de manière à maintenir la conformation du boudin dans le gabarit déterminé par l'utilisateur. Ainsi, pour obtenir des portions ovales, les coquilles 22 dans leur zone de contact avec le boudin comportent notamment un profil concave. Selon un autre mode de réalisation, les coquilles 22 sont de profils rectilignes pour un boudin comportant des parois planes. Au sein de ces coquilles 22, est disposé, dans des cavités 23, une pluralité de mâchoires 24 portant une protubérance 25 de profil analogue à la forme de la coquille 22 et faisant saillie en direction du boudin, destinée à imprimer une empreinte 26 en creux dans le produit en circulation. Ces mâchoires 24 sont actionnées en translation en direction des parois du boudin, par une pluralité de moyens de manoeuvre 27 tels que des vérins pneumatiques. Chacun des vérins possède un point d'ancrage 29 avec le bâti fixe de la machine, chacune des extrémités libres de la tige du vérin 28 est solidaire des mâchoires 24 respectives. Le point d'articulation 29, notamment du type rotule, autorise la combinaison de mouvements axial et radial des mâchoires 24, lorsque ces dernières enserrent les parois du boudin. La cinématique des mâchoires 24 se décompose de la manière suivante - une translation radiale vers les parois du boudin, jusqu'à marquer d'une empreinte en creux le produit en circulation ; - le boudin ne cessant d'avancer vers la sortie des coquilles 22, il entraîne en translation axiale les mâchoires 24 ; - libération des mâchoires 24 et retour, notamment par un système de ressort de rappel 30, dans leur plan d'origine pour un autre cycle, le mouvement ainsi créé s'apparente à un pas de pélerin. L'organe tranchant 20 tel que notamment un fil métallique tendu sur un bras oscillant 31, balaye dans un mouvement de vaet-vient permanent, selon une cadence déterminée par l'utilisateur et en phase avec la cinématique des mâchoires 24, la paroi frontale 32 des coquilles 22 au niveau de la zone médiane 33 laissée par l'empreinte 26 de chacune des mâchoires 24. Selon une autre caractéristique de l'invention, le plan de coupe 34 est incliné d'un angle T de quelques degrés par rapport au plan de sortie 32, compris entre 5 et 200 et préférentiellement 8 à 120 afin de compenser, la flexion du gel qui ne se trouve plus soutenu par le tube, la composition en extrait sec du rétentat. Le procédé objet de l'invention est avantageusement commandé par un système 35 de contrôle automatique (non représenté sur les figures) à base d'ordinateurs et d'automates programmables, afin d'être apte à asservir, au niveau des temps machine, le mouvement de l'organe tranchant 20. Selon un mode de mise en oeuvre de ce procédé, ce dernier permet l'apparition, dans le rétentat liquide, d'un foisonnement par incorporation d'un fluide gazeux notamment du gaz carbonique ou de l'azote. On peut également inclure dans le préfromage liquide ou dans le gel, un agent de saveur, de texture, ou de fourrage, éventuellement d'origine non laitière, la répartition des produits incorporés ayant lieu de manière homogène et uniforme. Le procédé, objet de l'invention, garantit par ailleurs que la majeure partie du concentré liquide issu de l'unité d'ultrafiltration 1 se transforme, après son passage au travers de la plaque 8 munie des buses 11 ou pastilles, en un caillé de texture allant d'un état pâteux à un état ferme proche de la pâte molle, en fonction des paramètres de fonctionnement. Par ailleurs, il n'y a pas dans ce procédé, d'exsudation de sérum, d'où une amélioration non négligeable du rendement par rétention de la quasi totalité des protéines solubles dans le caillé. On note également, comme avantage important, l'absence totale d'égouttage après tranchage, engendrant une diminution de la perte de matière au niveau des produits coupés. Compte tenu de l'interchangeabilité du tube de formage 21 et des coquilles 22, il est possible de changer, dans un laps de temps très réduit, les caractéristiques de forme, de masse, de composition, de consistance des produits issus de ce procédé de fabrication, et d'augmenter les quantités produites par une multiplication d'installations mettant en oeuvre le procédé en aval d'une unité d'ultrafiltration 1 et en amont d'une unité de salage 36. Etant donné qu'il n'est pas non plus indispensable d'incorporer de la présure dans le rétentat ou le préfromage liquide pour sa coagulation, on ne risque plus d'observer de phénomène de "graissage" de la croûte, phénomène pratiquement toujours observé dans le cas de coagulation d'un concentré ultrafiltré comportant de la présure. I1 demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés cidessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'élaboration de produits laitiers muni d'au moins une étape d'ultrafiltration (1) et de maturation (2), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de mise sous pression dudit produit, en aval d'une étape d'homogénéisation (4), suivie d'au moins une étape de répartition permettant d'obtenir le passage d'une phase liquide à une phase solide du produit, puis d'au moins une étape d'expansion (16) ou de détente pour le formage, et enfin d'au moins une étape de découpe en portions dudit produit solide. 2 - Procédé d'élaboration de produits laitiers selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il autorise l'apparition, dans le rétentat liquide, d'un foisonnement par incorporation d'un fluide gazeux notamment du gaz carbonique ou de l'azote. 3 - Procédé d'élaboration de produits laitiers selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce l'on inclut dans le préfromage liquide ou dans le gel, un agent de saveur, de texture, ou de fourrage, éventuellement d'origine non laitière, la répartition des produits incorporés ayant lieu de manière homogène et uniforme. 4 - Procédé d'élaboration de produits laitiers selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de découpage du boudin en portions a lieu par l'action d'au moins un organe tranchant (20) combinée à celle d'au moins un organe de formage (18, 21) et de marquage. 5 - Procédé d'élaboration de produits laitiers selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est avantageusement commandé par un système (35) de contrôle automatique à base d'ordinateurs et d'automates programmables, afin d'être apte à asservir, au niveau des temps machine, le mouvement de l'organe tranchant (20) et une mâchoire (24). 6 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que pour effectuer le passage de la phase liquide à la phase solide, le rétentat ou préfromage liquide traverse au moins un organe (8) réalisé sous la forme d'une plaque, pourvu d'une pluralité d'orifices (9) 7 - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'en aval de l'unité d'homogénéisation se situe au moins une unité de mise en pression, réalisée par un homogénéisateur (4) qui contraint le produit liquide au sein d'au moins un organe déprimogène (6), notamment du style clapet, cet organe étant taré par un système de ressorts réglables (7). 8 - Installation selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que les orifices (9) de l'organe (8) sont comblés par une pluralité de buses (11) ou pastilles, notamment cinq, en carbure de tungstène. 9 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'axe (12) perpendiculaire au plan du siège (13) de chacun des orifices (9) recevant les pastilles (11) est incliné d'un angle a de quelques degrés compris entre 5 et 200 et préférentiellement 130, par rapport à l'axe de l'orifice (14). 10 - Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte pour la phase d'expansion, une pluralité de coudes (17), dont au moins un diverge et débouche dans une portion tubulaire ou tube (18) de sections quelconques. 11 - Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les parois internes (15) du tube possèdent des propriétés de surface avantageuses, notamment au niveau de leur état de surface, vis-à-vis du gel de fromage en contact, ledit tube (18) étant réalisé dans une matière plastique du type notamment polyméthyl-méthacrylique (P.M.M.A). 12 - Installation selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que l'on incline de quelques degrés, d'un angle ss compris entre 5 et 300, et préférentiellement 150, l'axe longitudinal (19) du tube (18) par rapport à l'horizontale. 13 - Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisée en ce que l'organe de formage (18, 21) est pourvu de coquilles (22) dont le profil est choisi de manière à maintenir la conformation du boudin dans le gabarit déterminé par l'utilisateur. 14 - Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que les coquilles (22) sont munies, dans des cavités (23), d'une pluralité de mâchoires (24) portant une protubérance (25) de profil analogue à la forme de la coquille (22) et faisant saillie en direction du boudin, destinée à imprimer une empreinte (26) dans le produit en circulation. 15 - Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que les mâchoires (24) sont actionnées en translation en direction des parois du boudin, par une pluralité de moyens de manoeuvre (27) tels que des vérins pneumatiques. 16 - Installation selon la revendication 15, caractérisée en ce que les extrémités libres de la tige du moyen de manoeuvre (28) coopèrent avec un point d'articulation (29) sur les mâchoires (24) respectives, le point d'articulation (29), notamment du type rotule, autorisant la combinaison de mouvements axial et radial des mâchoires (24), lorsque ces dernières enserrent les parois du boudin. 17 - Installation selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisée en ce que l'organe tranchant (20) tel que notamment un fil métallique ou plastique tendu sur un bras oscillant (31), balaye dans un mouvement de va-et-vient permanent, selon une cadence déterminée par l'utilisateur et en phase avec la cinématique des mâchoires (24), la paroi frontale (32) des coquilles (22) au niveau de la zone médiane (33) laissée par l'empreinte (26) de chacune des mâchoires (24). 18 - Installation selon la revendication 17, caractérisée en ce que le plan de coupe (34) est incliné d'un angle r de quelques degrés par rapport au plan de sortie (32), compris entre 5 et 200 et préférentiellement 8 à 120.