Brevet FR2733122A1 — publié le 19961025

Procédé de préparation de caramel liquide à l'aide d'un cuiseur-extrudeur. La présente invention est relative aux cuiseurextrudeurs et aux procédés de préparation de caramel liquide. Les caramels liquides sont des sirops de sucres ayant subi une cuisson conduisant à des sirops sucrés colorés et présentant un goût de caramel. Ils sont utilisés en tant que matière première dans de nombreux produits alimentaires en vue d'apporter de la coloration et/ou d'apporter un goût de caramel. On distingue les caramels aromatiques qui ont subi un traitement thermique adapté pour développer un goût de caramel marqué et les caramels colorants dont la propriété colorante (de marron à brun foncé) est spécialement recherchée dans de nombreux produits alimentaires comme des bières brunes, des boissons sucrées de type cola. La couleur foncée intense est obtenue le plus généralement par apport préalablement au traitement thermique d'un agent catalyseur (soude, ammoniaque...). La technique usuelle de préparation de caramel liquide consiste à chauffer dans des bassines pendant 2 à 4 heures des mélanges de quantités déterminées de saccharose cristallisé, de sirops de sucre alimentaire tel que notamment le sirop de fructose, le sirop de glucose, le sucre inverti, et d'eau, jusqu'à une température comprise entre 160 et 2000C, température à laquelle la quasi totalité de l'eau est vaporisée, et à effectuer brusquement un refroidissement et une dilution du caramel très concentré ainsi obtenu en jetant dans la bassine une certaine quantité d'eau froide. On opère ainsi en discontinu et la qualité du produit fini ainsi que sa régularité dépendent beaucoup de l'expérience et de l'opérateur qui doit lire "au vol" la température optimum de l'extinction. Pour pallier ces inconvénients, les brevets français N02 086 963, 2 134 770 et 2 153 760 décrivent un procédé de préparation de sirop de caramel qui consiste à mettre en circulation un sirop de sucre le long d'un tube sur lequel seraient aménagées successivement une zone de chauffage, une zone d'extraction de vapeur et une zone de refroidissement de caramel. Outre que cela nécessite obligatoirement l'utilisation d'un sirop de saccharose sans possibilité d'utiliser directement comme matière première du saccharose cristallisé, c'est une vue de l'esprit que de penser que l'on puisse réaliser un tube continu ayant successivement des zones de chauffage et des zones de refroidissement, tout en ayant des conditions de pression très différentes d'une zone à l'autre. En fait ces procédés n'ont jamais reçu d'application. On connaît d'autre part par le brevet français N"2 288 475 un procédé de décristallisation de matières sucrées pour la fabrication de confiseries et une machine pour la mise en oeuvre du procédé. Ce dernier brevet français ne prévoit pas de fabriquer du caramel liquide impliquant l'opération très particulière de caramélisation mentionnée ci-dessus d'une durée de 2 à 4 heures.La machine de décristallisation de matières sucrées qu'il décrit comprend deux vis d'axes parallèles engrenant l'une dans l'autre, entraînées en rotation autour de leur axe respectif par un entraînement et entourées d'un fourreau muni d'un premier orifice d'alimentation en amont, d'une sortie en aval et d'un système de chauffage réglable, chaque vis comportant d'amont en aval un premier ensemble de plusieurs tronçons de pas positifs et progressivement décroissants. La demanderesse s'est efforcé de préparer du caramel liquide sur une machine de ce genre. Elle n'y est pas parvenu d'emblée. Elle a constaté, d'une manière imprévisible et contrairement à l'enseignement du brevet français selon lequel on peut "selon les besoins jouer sur les proportions de sucre et de glucose liquide", que, au moins pour effectuer une caramélisation, il faut, sous peine d'échec, alimenter cette machine en substances ayant une faible teneur en eau, bien inférieure à celles classiques d'un caramel liquide. L'invention a pour objet un procédé de préparation de caramel liquide ayant une teneur en eau prescrite comprise entre 20 et 40% en poids, par chauffage à une température d'au moins 1600C d'un mélange de saccharose cristallisé et de sirop de sucre alimentaire, caractérisé en ce qu'il consiste a) à introduire un mélange de saccharose cristallisé et de sirop de sucre alimentaire, dont la teneur en eau correspond à du caramel liquide de teneur en eau inférieure à la teneur prescrite, par une première entrée d'un cuiseurextrudeur comprenant deux vis engrenant l'une dans l'autre à l'intérieur d'un fourreau et muni de moyens de chauffage pour obtenir du caramel liquide concentré, puis b) à diluer le caramel liquide concentré par de l'eau jusqu obtenir la teneur en eau prescrite. On obtient ainsi du caramel liquide en quelques minutes, alors que la caramélisation exigeait jusqu'ici des durées bien plus grandes. De préférence, la teneur initiale en eau des produits introduits par la première entrée dans le cuiseurextrudeur est inférieure à 18 W du poids. On peut effectuer le stade de dilution par exemple de façon discontinue dans une bassine. Mais, suivant un mode de réalisation très remarquable, parce que continu et supprimant les dangers de projection d'une dilution à chaud dans une bassine et évitant la vaporisation de 10 k environ d'eau, on effectue les deux stades dans un cuiseur-extrudeur suivant l'invention, avec l'avantage d'obtenir directement en sortie de machine du caramel liquide ayant les teneurs en eau prescrites pour les caramels marchands, qui a les mêmes qualités organoleptiques que celui obtenu par le procédé traditionnel à la bassine. Le cuiseur-extrudeur suivant l'invention comporte deux vis d'axes parallèles engrenant l'une dans l'autre entraînées en rotation autour de leur axe respectif par un entraînement et entourées d'un fourreau muni d'un premier orifice d'alimentation en amont, d'une sortie en aval et d'un système de chauffage réglable, chaque vis comportant d'amont en aval un premier ensemble de plusieurs tronçons de pas positifs et progressivement décroissants. Suivant l'invention, en aval du premier ensemble est prévu un premier tronçon dépresseur de pas négatif suivi d'un premier tronçon d'alimentation de pas positif dans lequel débouche un deuxième orifice d'alimentation ménagé dans le fourreau, le premier tronçon d'alimentation étant suivi d'un second ensemble de plusieurs tronçons de pas positifs et progressivement décroissants. La dilution s'effectue directement dans le cuiseurextrudeur à partir du premier tronçon d'alimentation. De préférence entre deux tronçons du second ensemble est intercalé un deuxième tronçon dépresseur de pas négatif suivi d'un deuxième tronçon d'alimentation de pas positif dans lequel débouche un troisième orifice d'alimentation ménagé dans le fourreau, par lequel on peut effectuer une introduction complémentaire d'eau. On prévoit donc ainsi un deuxième et un troisième ensemble. Il est souhaitable que la longueur du premier ensemble représente au moins le quart de la longueur totale du fourreau. De même, il est souhaitable que la longueur du second ensemble ou de la somme des deuxième et troisième ensembles représente au moins le cinquième de la longueur totale du fourreau. On a obtenu de bons résultats quand ces longueurs représentent le tiers de la longueur du fourreau. De préférence, des disques malaxeurs perpendiculaires aux axes sont intercalés sur les vis entre le dernier et l'avant-dernier tronçon du premier ensemble de manière à éliminer tout cristal de sucre résiduel avant l'introduction du sirop de glucose. Tout en faisant tourner les vis, on chauffe par le système de chauffage de manière que la température du fourreau en regard du tronçon le plus en aval soit inférieure à la température d'une partie du fourreau immédiatement en amont de façon que la température du caramel à la sortie soit de préférence inférieure à 110 0C, température de vaporisation de l'eau dans ce milieu sucré, cet abaissement de température pouvant être obtenu également par un dispositif de refroidissement de la partie la plus en aval du fourreau, et on introduit dans le cuiseur-extrudeur suivant l'invention par le premier orifice d'alimentation du saccharose cristallisé éventuellement additionné de sucre alimentaire, la teneur en eau initiale étant inférieure à 18 W en poids, et par le deuxième orifice d'alimentation du sirop de sucre alimentaire et éventuellement de l'eau, le rapport pondéral des matières sèches du sirop de sucre alimentaire au saccharose cristallisé étant compris entre 0 et 1,25, la somme des quantités d'eau présentes dans le sirop de sucre alimentaire et d'eau éventuellement ajoutée représentant 20 à 40 k en poids de l'ensemble du saccharose, du sucre alimentaire et de l'eau éventuellement ajoutée. En reportant au moins en partie l'ajout de sirop de sucre et d'eau en aval du point d'introduction du saccharose cristallisé, on élimine le danger d'une accumulation d'eau dans la partie amont de la machine telle qu'elle se produisait dans la machine de décristallisation de l'art antérieur et on se rapproche des conditions de préparation à la bassine dans laquelle, en fin de caramélisation, il n'y a plus dans la bassine qu'une très faible teneur en eau. C'est pourquoi on obtient une qualité aussi bonne que dans le procédé traditionnel.Dans la partie amont du cuiseur extrudeur a lieu la décristallisation et une partie de caramélisation en milieu quasiment anhydre, dans la partie centrale après l'apport d'ingrédients liquides la caramélisation se poursuit, et dans la partie aval, il y a refroidissement, éventuellement par apport d'eau quand on introduit de l'eau par le troisième orifice d'alimentation. De préférence, on chauffe par le système de chauffage de sorte que la température maximum du fourreau soit atteinte en regard du premier tronçon dépresseur de pas négatif, pour que la caramélisation ait bien lieu le plus possible en l'absence d'eau. La température maximum est telle que le produit extrudé soit porté à une température supérieure à 1600C. L'expérience a montré qu'il convient d'une manière générale que le temps de séjour du produit dans le cuiseur extrudeur soit compris entre 1 et 3 minutes. On peut jouer à cet effet sur la longueur des vis et leur vitesse de rotation. Une fois les conditions d'alimentation du cuiseurextrudeur suivant l'invention fixées, on est sûr d'en sortir du caramel liquide ayant une teneur en eau parfaitement déterminée et d'avoir un degré de caramélisation constant. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple: La figure 1 est un schéma d'une installation de fabrication de sirop de caramel suivant l'invention et la figure 2 est un schéma d'un cuiseur-extrudeur suivant l'invention. L'installation représentée à la figure 1 comprend un cuiseur-extrudeur dont la sortie communique par un conduit 1 avec une bassine 2 dans laquelle s'effectue le second stade du procédé suivant l'invention de dilution à l'eau. Le cuiseur-extrudeur lui-même comporte deux vis 3 (une seule d'entre elles est représentée) d'axes 4 parallèles engrenant l'une dans l'autre, entraînées en rotation autour de leur axe respectif par un entraînement qui n'est pas représenté et entourées d'un fourreau 5 commun muni d'un premier orifice 6 d'alimentation en amont, d'une sortie 7 en aval à laquelle est raccordé le conduit 1 et d'un système de chauffage T2,T3,T4,T5,T6. Chaque vis comporte d'amont en aval un premier ensemble de plusieurs tronçons 8,9,10,11 de pas positifs et progressivement décroissants. En l'espèce, le tronçon 8 a un pas de 50 mm, le tronçon 9 de 35 mm, le tronçon 10 de 25 mm et le tronçon 11 de 15 mm. Cet ensemble de tronçons est suivi d'un ensemble terminal constitué d'un premier tronçon terminal de pas négatif de 15 mm et d'un deuxième tronçon terminal de pas positif de 15 mm. On retrouve à la figure 2, outre le système de chauffage T2,T3,T4,T5,T6, le premier ensemble de tronçons 8,9,10,11 et le premier et deuxième tronçons terminaux 12,13 auxquels est associé un dispositif de refroidissement non représenté, mais à la suite du tronçon 11 vient successivement - un tronçon 14 de disques malaxeurs perpendiculaires aux axes - un tronçon 15 de pas positif d'une valeur de 15 mm que l'on peut considérer comme faisant partie également du premier ensemble, - un premier tronçon dépresseur 16 de pas négatif dont le pas est égal à 15 mm, - un premier tronçon d'alimentation 17 de pas positif égal à 35 mm dans lequel débouche un deuxième orifice d'alimentation 18 ménagé dans le fourreau 5, - un second ensemble de plusieurs tronçons de pas positifs et progressivement décroissants, à savoir un tronçon 19 de pas positif de 25 mm et un tronçon 20 de pas positif de 15 mm, - un deuxième tronçon dépresseur 21 de pas négatif de 15 mm, - un deuxième tronçon d'alimentation 22 de 35 mm dans lequel débouche un troisième orifice d'alimentation 23 ménagé dans le fourreau 4, - un tronçon 24 de pas positif de 25 mm, et - un tronçon 25 de pas positif de 15 mm, qui constitue le troisième ensemble Les essais suivants illustrent l'invention: Les essais ont été effectués avec un cuiseurextrudeur suivant les figures 1 et 2 d'une longueur de fourreau de 150 cm. Chaque zone de chauffage T2 à T6 a une longueur de 25 cm. La vitesse de rotation des vis est de 200 T/mn. Le temps de passage moyen est de 2 mn. Le saccharose cristallisé (qualité standard de granulométrie moyenne) est introduit par l'orifice d'alimentation 6 par une vis doseuse. Le sirop de glucose (type enzymatique 45 DE - 82,5% de concentration) ainsi que de l'eau, sont alimentés à température ambiante (200C) par des pompes doseuses, le point d'introduction variant selon le profil des vis sera précisé ultérieurement. Essai I En utilisant le montage de vis correspondant à la figure 1, on conditionne préalablement la machine en affichant le profil thermique suivant T2 T3 T4 T5 T6 600C 160 190 200 215 Après mise en rotation des vis, on alimente simultanément en sucre (débit 45 kg/h) et en eau (25 W par rapport au poids de sucre, soit 11,2 l/h), les 2 ingrédients étant introduits par l'orifice 6. Après environ 1 mn, le produit sort par la sortie 7 sous forme d'un sirop bien décristallisé mais quelques minutes plus tard, de la vapeur commence à refluer par l'orifice d'alimentation 6 et rapidement, sucre cristallisé et eau tombant dans l'orifice et la vapeur se transforment en un sirop qui ne peut être entraîné par les vis, le débit de sortie devenant quasi nul. Essai 2 Respectant exactement les conditions opératoires de l'essai 1, mais en supprimant totalement l'eau, on constate que la machine fonctionne normalement. Quelques minutes après, le profil de température se stabilise sur les valeurs affichées et la température de sortie est alors de 2000C. Le sirop obtenu est totalement décristallisé mais sa coloration est faible; de plus il durcit (aspect de verre) dans les minutes qui suivent. Sa température à la sortie est de 1970C (mesurée à la sonde thermométrique). T6 est progressivement portée à 2300C, et la température à la sortie 7 finit pas se stabiliser à 2220C. La température du sirop (mesurée avec une sonde thermométrique directement à la sortie 7) atteint finalement 2250C. En même temps le sirop est de plus en plus caramélisé. Mais on constate que la réaction de caramélisation (exothermique) se poursuit pendant plusieurs minutes dans le bac de réception ainsi que dans les coupelles d'échantillonage (brunissement de plus en plus accentué et dégagement gazeux marqué). Un apport de 10% d'eau (4,5 l/h) est testé. On ne constate pas de difficultés d'alimentation comme à la première phase de l'essai 2; le sirop sort en projections dues à la vaporisation brutale de l'eau. Cette vaporisation abaisse nettement la température du sirop (d'au moins 200C), d'où un produit peu coloré. La vaporisation est presque totale, l'extrait sec est de 99,1k en poids. Un accroissement du débit d'eau à 25% (11,2 l/h) en vue d'obtenir un caramel à 15% d'eau conduit à nouveau au phénomène d'instabilité (entre autres choses: refoulement). Essai 3 Avec des vis montées selon le profil de la figure 2, on conditionne la machine sur la base du profil thermique suivant: T2 T3 T4 T5 T6 200 220 200 200 200 On alimente simultanément en sucre en 6 (45 kg/h) et en eau en 23 (25k soit 11,3 l/h). On constate à la sortie 7 de fortes projections. On monte progressivement T3 et T4, et on modifie fondamentalement le profil thermique en abaissant les valeurs en T5 et T6 et en branchant le circuit de refroidissement de la partie aval du fourreau. T2 T3 T4 T5 T6 234 243 222 129 94 La marche de la machine n'étant pas perturbée, on monte la quantité d'eau à 30% (13,5 l/h). Le produit sort sous forme d'un filet liquide continu (sans projection) . La température à la sortie 7 se stabilise à 870C et celle du produit est de 1010C. Mais la coloration du sirop est peu marquée. Après avoir ramené la teneur en eau à 20% (9 l/h), on poursuit la montée en température de T3 et T4 jusqu'au nouvel équilibre suivant: T2 T3 T4 TS T6 250 276 275 150 86 La température à la sortie 7 se stabilise à 800C. La température du sirop à la sortie 7 est de 1050C. Le produit sort en filet (sans projection) sous forme d'un sirop de caramel de couleur très foncée (selon échantillon 1). Il se dégage une odeur âcre très forte, due aux composés volatils de caramélisation. L'essai est poursuivi sans changer le profil thermique en modifiant la formule comme suit: - sucre 35 kg/h - sirop de glucose 11,6 kg/h - soit (matière sèche 9,6) (à 82,5 % de matière sèche) eau 2,0 - eau 7 kg/h soit un rapport sucre/sirop de glucose de 75/25 et une teneur en eau de 20% par rapport à l'extrait sec de la formule. La marche de la machine n'est pas affectée et le produit obtenu présente une coloration légèrement moins bonne. A la suite de quoi on vérifie qu'un apport d'une faible quantité de soude (diluée dans l'eau) à la dose de 0,36 cm3/kg de produit, accentue nettement la coloration (échantillon 2). Les 2 échantillons sont comparés à 2 caramels liquides du marché: l'un appelé (Référence 1) est un caramel à usage industriel, l'autre appelé (Référence 2) est un caramel à usage ménager acheté dans le commerce. La concentration est mesurée par lecture réfractométrique (Brix). La couleur est déterminée par la densité optique (mesure à 610 nm sur une dilution dans l'eau à 5a). L'évaluation sensorielle a été effectuée par un jury spécialisé, les échantillons étant présentés sous lumière rouge afin de faire abstraction des différences de couleur. Les résultats obtenus sont consignés au tableau suivant: TABLEAU EVALUATION DES CARAMELS LIQUIDES ---------------------------------------------------------------------------------------- Réf. 1 Réf. 2 Echant. 1 Echant. 2 Concentration 79,5 76,0 78,5 82,6 pH 5,4 2,75 4,1 6,4 Couleur 0,30 0,59 0,60 0,35 Intensité de l'arôme caramel. 2,25 3,05 3,40 3,45 (Note : de 1 à 5) Amertume 1,45 2,80 2,50 1,10 (Note : de 1 à 3) Appréciation globale 2,95 2,90 1,60 3,95 (Note : de 1 à 5) REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de caramel liquide ayant une teneur en eau prescrite comprise entre 20 et 40% en poids, par chauffage à une température d'au moins 1600C d'un mélange de saccharose cristallisé et de sirop de sucre alimentaire, caractérisé en ce qu'il consiste a) à introduire un mélange de saccharose cristallisé et de sirop de sucre alimentaire, dont la teneur en eau correspond à du caramel liquide de teneur en eau inférieure à la teneur prescrite, par une première entrée d'un cuiseurextrudeur comprenant deux vis engrenant l'une dans l'autre à l'intérieur d'un fourreau et muni de moyens de chauffage pour obtenir du caramel liquide concentré, puis b) à diluer le caramel liquide concentré par de l'eau jusqu'à obtenir la teneur en eau prescrite. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur initiale en eau du caramel liquide concentré est inférieure à 18 W en poids. 3. Cuiseur-extrudeur comportant deux vis (3) d'axes (4) parallèles engrenant l'une dans l'autre, entraînées en rotation autour de leur axe (4) respectif par un entraînement et entourées d'un fourreau (5) muni d'un premier orifice d'alimentation (6) en amont, d'une sortie (7) en aval et d'un système de chauffage (T2 à T6) réglable, chaque vis (3) comportant d'amont en aval un premier ensemble de plusieurs tronçons (8,9,10,11,15) de pas positifs et progressivement décroissants, caractérisé en ce que en aval dudit premier ensemble est prévu un premier tronçon dépresseur (16) de pas négatif suivi d'un premier tronçon d'alimentation (17) de pas positif dans lequel débouche un deuxième orifice d'alimentation (18) ménagé dans le fourreau (5), le premier tronçon d'alimentation (17) étant suivi d'un second ensemble de plusieurs tronçons (19,20) de pas positifs et progressivement décroissants. 4. Cuiseur-extrudeur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que entre deux tronçons du second ensemble est intercalé un deuxième tronçon dépresseur (21) de pas négatif suivi d'un deuxième tronçon d'alimentation (22) de pas positif dans lequel débouche un troisième orifice d'alimentation (23) ménagé dans le fourreau (5), les tronçons (24, 25) venant à la suite du deuxième tronçon d'alimentation constituant un troisième ensemble. 5. Cuiseur-extrudeur suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la longueur du premier ensemble représente au moins le quart de la longueur totale du fourreau et la longueur de la somme du second et du troisième ensembles représente au moins le cinquième de la longueur totale du fourreau. 6. Cuiseur-extrudeur suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que entre le dernier (15) et l'avant dernier (11) tronçon du premier ensemble sont intercalés sur les vis des disques malaxeurs (14) perpendiculaires aux axes. 7. Cuiseur-extrudeur suivant l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la longueur des vis et leur vitesse de rotation est telle que le temps de séjour du produit dans le cuiseur-extrudeur est compris entre 1 et 3 minutes. 8. Procédé de préparation de caramel liquide suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste, tout en faisant tourner les vis, à adapter les températures par le système de chauffage et un dispositif de refroidissement dans le cuiseur-extrudeur des revendications 3 à 7 de manière que la température du fourreau en regard du tronçon le plus en aval soit inférieure à la température d'une partie du fourreau immédiatement en amont et à introduire par le premier orifice d'alimentation du saccharose cristallisé et éventuellement du sirop de sucre alimentaire en sorte que la teneur en eau de ce qui est introduit par le premier orifice d'alimentation soit inférieure à 18%, et à introduire par le deuxième orifice d'alimentation du sirop de sucre alimentaire et éventuellement de l'eau, le rapport pondéral des matières sèches du sirop de sucre alimentaire au saccharose cristallisé étant compris entre 0 et 1,25, la somme des quantités d'eau présente dans le sirop de sucre alimentaire et d'eau éventuellement ajoutée représentant 20 à 40W en poids de l'ensemble du saccharose, du sucre alimentaire et de l'eau éventuellement ajoutée. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer par le système de chauffage de sorte que la température maximum du fourreau soit atteinte en regard du premier tronçon dépresseur de pas négatif, la température maximum étant telle que le produit dans le cuiseur-extrudeur soit porté à une température supérieure à 1600C. 10. Procédé suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire au moins une partie de l'eau ajoutée par le troisième orifice d'alimentation.