Brevet FR2761234A1 — publié le 19981002

PROCEDE POUR DEGRADER LA CAFÉINE D'UNE INFUBION DE CAFE OU THE ET APPAREIL DE MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE L'invention se rapporte aux procédés pour dégrader la caféine d'une infusion de café ou thé s'écoulant d'un dispositif de filtration contenant une certaine quantité de mouture. Actuellement, on propose à la consommation des infusions dites décaféinées préparées industriellement à partir de grains de café traités auxquels on a enlevé chimiquement la caféine. Ces boissons du fait de leur préparation et de leur conditionnement spécial pour la vente présentent une valeur ajoutée non négligeable qui est un frein à une grande distribution. Comme c'est devenu l'une des nécessités de notre vie quotidienne que de pouvoir offrir aux consommateurs le choix de boire un café normal ou un café décaféiné, divers procédés de décaféinisation ont été mis au point industriellement mais peu peuvent être transposés dans le public. L'un des procédés connus répondant à cette demande est décrit, par exemple, dans la demande de brevet PCT n WO95/16358 dans lequel on piège la caféine en soumettant l'infusion de café à un champ électrostatique établi entre deux électrodes. Outre l'obligation de garantir une parfaite isolation électrique du fait de la présence d'un potentiel s'élevant entre 1000 et 3000 volts, ce procédé utilise un capteur pour piéger la caféine à base de résine. Ce capteur, non seulement, doit être régulièrement lavé et entretenu, mais aussi présente l'inconvénient majeur de rejeter les composés piégés au cours de l'infusion lorsque ladite résine est saturée. D'autre part, l'emploi de résine en milieu humide et chaud entraîne pour l'utilisateur le respect d'une hygiène parfaite pour éviter tout prolifération microbienne nuisible à la santé. La présente invention a donc pour but de proposer un nouveau procédé de dégradation de la caféine qui peut être mis en oeuvre aussi bien dans l'industrie que dans le public et qui ne présente pas les inconvénients cités ci-dessus. Selon l'invention, le procédé consiste à réaliser une électrolyse de l'infusion. Grâce à ce procédé, on réalise une dégradation du composé polaire de la caféine ou de la théine en d'autres composés chimiques non toxiques jusqu'à obtenir même sa destruction totale en C02. Ce dispositif électrochimique assure donc judicieusement une oxydation privilégiée du composé polaire permettant d'obtenir un excellent café boisson diminuée en caféine tout en préservant ses arômes. Bien que ce procédé puisse s'appliquer à des volumes importants d'infusion stockés dans des cuves d'électrolyse, il est intéressant de prévoir le traitement en continu de l'infusion. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'infusion s'écoulant d'un dispositif de filtration (1,14) contenant une certaine quantité de mouture (2), l'opération d'électrolyse consiste à - former un chemin d'écoulement dans une chambre comportant au moins une paire d'électrodes - appliquer un courant électrique émanant d'une source de courant continu entre les électrodes pour oxyder électrochimiquement la caféine ou théine en vue d'obtenir notamment sa dégradation. Ce procédé comprend aussi une opération de collecte de l'infusion traitée s'écoulant de ladite chambre. Ainsi, on comprendra qu'au fur et à mesure de la confection de l'infusion, celle-ci s'écoule selon un chemin privilégié dans lequel l'électrolyse s'effectue en continu pour réduire le temps de dégradation de la caféine par une oxydation plus localisée et donc plus complète, tout en consommant moins de courant. Selon encore une autre caractéristique importante de l'invention, le procédé pour dégrader la caféine est directement appliqué à un appareil ménager ou électroménager tel qu'une cafetière, et mis en oeuvre dans un dispositif de dégradation agencé sous une goulotte de sortie de l'infusion. Grâce à l'agencement de ce dispositif de dégradation, on offre à l'usager le choix de réaliser à volonté une infusion de café ou de thé contenant plus ou moins et même très peu de caféine ou théine. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris au vu de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant les différentes étapes du procédé selon l'invention - la figure 2 représente schématiquement en coupe verticale une cafetière électrique comportant un dispositif de filtration équipé d'un dispositif de dégradation de la caféine mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Sur la figure 1, on a schématisé, selon une représentation en colonne verticale, l'écoulement d'une infusion de café ou thé chargée en caféine provenant d'un dispositif de filtration 1 contenant une certaine quantité de mouture 2 et soumis à différentes étapes d'un procédé pour dégrader la caféine de ladite infusion. Cette illustration du procédé explique aussi bien un dispositif de dégradation susceptible d'être employé dans l'industrie pour confectionner du café-boisson conditionné dans des emballages individuels de faible volume, qu'un dispositif de dégradation utilisé par le public et monté sur des appareils ménagers tels que par exemple une cafetière schématisée sur la figure 2. Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce que l'on réalise une électrolyse de l'infusion. De préférence l'électrolyse s'effectue sur une infusion en mouvement et consiste à former un chemin d'écoulement 3 dans une chambre 4 comportant au moins une paire d'électrodes 5,6, à appliquer un courant électrique émanant d'une source de courant continu et distribué entre les électrodes pour oxyder électrochimiquement la caféine ou théine en vue d'obtenir notamment sa dégradation. Puis, on procède à une opération de collecte de l'infusion traitée s'écoulant de la chambre d'infusion 4. Le procédé électrochimique décrit ci-dessus permet d'obtenir une oxydation prioritaire du composé polaire de caféine et utilise une source de courant continu assurant un courant entre les électrodes 5,6 dont les caractéristiques sont directement liées au débit d'infusion à traiter et à sa teneur en caféine. Il en est de même pour le nombre de paires d'électrodes qui n'est nullement limité à un. Par contre, pour pouvoir répondre notamment aux directives européennes, les électrodes doivent satisfaire notamment aux paramètres suivantes - qualité alimentaire -neutre par rapport au café; - non dégradable par électrolyse - durabilité de fonctionnement - résistant à une température située dans la plage de 70 à 1000C ; - anti-adhérent pour les produits de l'oxydation. Dans un mode de réalisation préféré, on utilise une contre-électrode reliée au pôle négatif de la source de courant et réalisée en acier inoxydable, ainsi qu'une électrode dite de travail reliée au pôle positif de la source de courant et réalisée en carbone. Par électrode en carbone, on comprend par exemple un graphite polygranulaire ou carbone vitreux ou composite. L'expérience a montré qu'une excellente électrolyse est obtenue avec un carbone du type PAPYEX I980 de la Société LE CARBONE LORRAINE. D'autres couples d'électrodes peuvent être utilisés pour réaliser le procédé d'oxydation électrochimique sans pour autant sortir de l'invention. Par exemple, on peut utiliser les couples suivants - carbone et calomel saturé - carbone et platine. Bien entendu, les caractéristiques du courant entre les électrodes seront harmonisées avec les différents couples utilisés et avec les débits d'infusion à traiter. Par exemple, dans les essais réalisés sur de faibles débits le couple carbone/platine fonctionne bien avec un potentiel de 1,65 Volt, tandis qu'avec le couple carbone/inox un potentiel de 2,15 Volt est nécessaire. Selon une première application de l'invention (non représentée), le procédé est destiné à être appliqué à un appareil ménager comportant un dispositif de filtration comprenant un boîtier contenant un filtre en papier ou en métal recevant une certaine quantité de mouture de café sur laquelle on vient déverser de l'eau chaude, ledit boîtier présentant une goulotte de sortie pour l'infusion ainsi réalisée. Afin de transformer l'infusion de café en une infusion de café diminuée en caféine, on agence sous la goulotte de sortie un dispositif de dégradation qui met en oeuvre le procédé décrit ci-dessus et qui comprend à cet effet une chambre présentant un orifice d'entrée communiquant avec la goulotte de sortie et un orifice de sortie communiquant avec une tasse ou un pot collecteur d'infusion et présentant un chemin d'écoulement agencé entre ces deux orifices, ladite chambre ayant une électrode de travail et une contre-électrode placées dans ledit chemin. Dans cette réalisation, l'écoulement de l'infusion se fait par gravité. Ce dispositif de filtration peut ainsi équiper toute cafetière ou théière existante à condition bien entendu de disposer d'une source de courant continu pour effectuer l'électrolyse, ladite source de courant pouvant être une batterie d'accumulateurs, un chargeur solaire pour le camping ou un redresseur placé sur un réseau électrique alternatif. Selon une seconde application préférentielle de l'invention illustrée à la figure 2, le procédé est destiné à être appliqué à un appareil électroménager, tel qu'une cafetière ou théière, comportant un réservoir d'eau froide 10, un chauffe-eau 11 dit à circulation, un tube de remontée d'eau chaude 12 dont la sortie 13 arrose un dispositif de filtration 14. Ce dispositif de filtration comprend un boîtier 15 contenant un filtre 15' en papier ou en métal destiné à recevoir une certaine quantité de mouture de café normal sur laquelle vient se déverser l'eau chaude dont la température est comprise dans la plage de 70 à 1000C, ledit boîtier présentant une goulotte de sortie 16 pour l'infusion ainsi réalisée. Le dispositif de filtration 14 peut soit être solidaire du boîtier de la cafetière comme schématisé en traits interrompus par un pontet 17, soit reposer directement sur le bord 18 d'un pot 19 collecteur d'infusion. Pour appliquer à une telle cafetière le procédé selon l'invention, on agence sous la goulotte de sortie 16 un dispositif de dégradation 20 qui comporte une chambre 21 qui est délimitée par un paroi 22 présentant un orifice d'entrée 23 communiquant avec la goulotte de sortie 16 et un orifice de sortie 24 communiquant avec le pot 19, et qui comprend un chemin d'écoulement référencé par la lettre C. Ladite chambre comprend une électrode de travail référencée par la même référence 5 que celle décrite précédemment et une contre-électrode 6 placées dans ledit chemin. Si l'on considère plus en détail ces différents éléments constitutifs et comme représenté, la chambre présente la forme d'un corps creux circulaire et aplati dont la paroi 22 comprend une face supérieure 25 recevant l'orifice d'entrée 23, une face inférieure 26 recevant l'orifice de sortie 24 et une face latérale 27. D'après une autre caractéristique de l'invention, la paroi 22 de la chambre est réalisée en un matériau métallique, de préférence mais non pas nécessairement, tel qu'un acier inoxydable, et constitue ainsi la contreélectrode 6. Dans un but de réalisation économique, les faces supérieure 25 et inférieure 26 de la paroi 22 présentent chacune la forme d'une coupelle, et leurs bords sont soudés l'un à l'autre pour constituer la face latérale 27. De préférence, les coupelles ont une forme semblable et peuvent être ainsi réalisées par un seul outil d'emboutissage. Toujours dans un but de réalisation économique et d'encombrement minimal, l'électrode de travail 5 présente la forme d'un disque plat agencé pratiquement parallèlement aux faces supérieure 25 et inférieure 26, et maintenue à l'intérieur de ladite chambre à distance de la paroi 22 au moyen d'entretoises 28 en matériau isolant électrique et résistant à la chaleur tel que par exemple un silicone. De manière à ménager le chemin d'écoulement C, la périphérie 29 du disque de l'électrode de travail 5 est située à une certaine distance de la face latérale 27. Il est également intéressant d'allonger le chemin C en agen çant les orifices d'entrée 23 et de sortie 24 dans les régions centrales des faces supérieure 25 et inférieure 26. Enfin, il est particulièrement avantageux pour garantir les paramètres des électrodes cités ci-dessus, notamment la qualité alimentaire et la non-dégradabilité par électrolyse, de réaliser l'électrode de travail 5 en un disque en matériau carbone. La nature du carbone utilisé est un élément important de l'invention, car elle agit sur la vitesse de dégradation et l'adsorption des composés organiques. Afin de favoriser l'électrolyse de l'infusion de café caféiné, les espaces situés entre le disque plat formant l'électrode de travail 5 et les faces supérieure 25 et inférieure 26 sont lamelliformes. Pour garantir le bon fonctionnement de l'électrolyse, la contre-électrode 6 comporte un plot 30 relié directement au pôle négatif de la source de courant, tandis que l'électrode de travail 5 est reliée à un plot 31 relié au pôle positif de ladite source et isolé électriquement de la contre-électrode par un manchon 32 isolant électrique traversant la face supérieure 25 de la paroi 22. Pour assurer un bon contact électrique entre le plot 31 et la surface fragile du disque de carbone constituant l'électrode de travail 5, on prévoit d'interposer un ressort de contact 33 entre ce plot et le disque. Pour bien comprendre les avantages surprenants de ce procédé de dégradation qui n'ont été confirmés qu'à la suite de recherches importantes, on va décrire la mise en oeuvre de ce procédé en liaison avec la cafetière illustrée à la figure 2. La cafetière étant mise en fonctionnement et le dispositif de dégradation étant branché à une source de courant continu au moyen d'un interrupteur-sélecteur (non représenté), l'eau chaude arrose par la sortie 13 la mouture de café caféiné contenue dans le dispositif de filtration 14. Au fur et à mesure du passage de l'eau chaude (aux environs de 90"C) au travers de la mouture, une infusion de café fortement chargée en caféine s'écoule par gravité par la goulotte de sortie 16, pénètre dans la chambre 21 au travers de l'orifice 23, suit le chemin d'écoulement C formé par le disque de l'électrode de travail 5 et la paroi 22 de la contre-électrode 6, puis sort par l'orifice 24 pour être collectée dans le pot 19. Le cheminement de l'infusion est représenté schématiquement par une série de flèches. Grâce à la forme plate de la chambre et au chemin lamelliforme, l'électrolyse s'effectue sur une grande surface et sous faible tension par exemple 1,6 Volts et avec un courant pouvant varier de 10 à 50 mA/dm2. Ce procédé d'électrolyse pour la dégradation de la caféine ou théine offre aussi la possibilité d'effectuer un nettoyage automatique des électrodes en inversant au moyen d'un inverseur (non représenté) le sens du courant et donc la polarité de ces électrodes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation que l'on vient de décrire et on peut apporter des modifications telles que, par exemple, des dispositifs de dégradation utilisant une chambre avec plusieurs disques empilés à distance les uns des autres pour former un chemin plus long pour l'infusion afin d'arriver à l'élimination de la caféine. REVENDICATION8 1. Procédé pour dégrader la caféine d'une infusion de café ou thé, caractérisé en ce que l'on réalise une électrolyse de l'infusion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'infusion s'écoulant d'un dispositif de filtration (1,14) contenant une certaine quantité de mouture (2), l'opération d'électrolyse consiste à - former un chemin d'écoulement (3) dans une chambre (4,21) comportant au moins une paire d'électrodes (5,6) ; - appliquer un courant électrique émanant d'une source de courant continu entre les électrodes pour oxyder électrochimiquement la caféine ou théine en vue d'obtenir notamment sa dégradation ; et en ce qu'il comprend une opération de collecte de l'infusion traitée s'écoulant de ladite chambre. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il utilise une contre-électrode 6 reliée au pôle négatif de ladite source de courant, et une électrode 5 dite de travail reliée au pôle positif de ladite source de courant, lesdites électrodes présentant au moins les paramètres suivants : qualité alimentaire, non dégradable par électrolyse, résistant à la température dans la plage de 70 à 100"C. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la contre-électrode (6) est en un matériau métallique et l'électrode de travail (5) est réalisée en carbone. 5. Appareil ménager comportant un dispositif de filtration (1,14) comprenant un boîtier contenant un filtre et ayant une goulotte de sortie pour l'infusion, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de dégradation (20) agencé sous la goulotte et mettant en oeuvre le procédé conforme aux revendications 1 à 4. 6. Appareil électroménager comportant un réservoir d'eau froide (10), un chauffe-eau (11) branché à ce réservoir et délivrant une eau chaude à un dispositif de filtration (14) comportant un boîtier (15) contenant un filtre (15') et ayant une goulotte de sortie (16) pour l'infusion, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de dégradation (20) agencé sous la goulotte (16) et mettant en oeuvre le procédé conforme aux revendications 1 à 4. 7. Appareil électroménager selon revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de dégradation (20) comporte une chambre (21) qui est délimitée par une paroi (22) présentant un orifice d'entrée (23) communiquant avec la goulotte de sortie (16) et un orifice de sortie (24) communiquant avec un pot (19) collecteur d'infusion, et qui comprend un chemin d'écoulement (C) de l'infusion, ainsi qu'une électrode de travail (5) et une contreélectrode (6) placées dans ledit chemin (C). 8. Appareil électroménager selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre (21) présente la forme d'un corps creux aplati dont la paroi (22) comprend une face supérieure (25) recevant l'orifice d'entrée (23), une face inférieure (26) recevant l'orifice de sortie (24) et une face latérale (27). 9. Appareil électroménager selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi (22) de la chambre (21) est réalisée en un matériau métallique et constitue la contre-électrode (6), tandis que l'électrode de travail (5) est maintenue à l'intérieur de ladite chambre à distance de la paroi (22) au moyen d'entretoises (28) en matériau isolant électrique, ladite chambre ménageant le chemin d'écoulement (C) entre les orifices d'entrée (23) et de sortie (24). 10. Appareil électroménager selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'électrode de travail (5) présente la forme d'un disque plat agencé pratiquement parallèlement aux faces supérieure (25) et inférieure (26) et dont la périphérie (29) est située à une certaine distance de la face latérale (27) de la chambre (21) ménageant ainsi le chemin d'écoulement (C). 11. Appareil électroménager selon la revendication 10, caractérisé en ce que les espaces situés entre le disque plat formant l'électrode de travail (5) et les faces supérieure (25) et inférieure (26) sont lamelliformes. 12. Appareil électroménager selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'électrode de travail (5) est un disque en matériau carbone. 13. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que l'on applique entre les électrodes (5,6) un courant électrique dont les caractéristiques sont situées en potentiel dans la plage de 1 à 5 volts et 2 en densité dans la plage de 10 à 50 mA/dm2. 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend un inverseur pour changer le sens du courant d'électrolyse en vue d'obtenir un nettoyage automatique des électrodes.