Brevet FR2819996A1 — publié le 20020802

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF POUR LA DÉSHYDRATATION OU SECHAGE SOUS VIDE DE PRODUIT LIQUIDE, PATEUX CONTENANT DE L'EAU A TEMPERATURE AMBIANTE. La présente invention à pour objet un procédé de déshydratation de produits liquides ou pâteux contenant de l'eau. Elle permet d'obtenir un produit solide ne contenant qu'une proportion d'eau pouvant être inférieure à 1 %. La conservation ultérieure du produit résiduel peut être de plusieurs années s'il est protégé de la lumière et de l'humidité. Dans la plus grande partie des applications de cette présente invention c'est le produit résiduel qui est recherché pour des utilisations industrielles, ou alimentaires. Le même procédé peut s'appliquer à la concentration ou séchage de déchets humides de toutes natures. Un liquide, c'est un produit qui tend à couler, ou est un état de la matière présenté par des corps n'ayant pas de forme propre, mais dont le volume est pratiquement invariable. La déshydratation ou séchage consiste en un retrait de l'eau d'une solution dans laquelle est contenu le produit résiduel généralement solide qui peut ou non cristalliser lorsque la teneur en eau devient faible. Ce produit résiduel est le produit recherché. La séparation d'avec le solvant ou plus généralement de l'eau contenue ou contenant le produit assurera la possibilité d'une plus facile conservation, ou d'une utilisation différente de celle possible en présence de l'eau ou du solvant. Le séchage indique que le solvant de la solution peut être de l'eau mais aussi tout autre liquide. Par"sous vide"nous comprenons une pression partielle d'incondensables (azote, oxygène..) inférieures à celle du solvant. Dans la plupart des emplois de cette locution, nous comprenons une pression partielle d'air ou de gaz inférieur à 1 millibar. L'herméticité nécessaire pour nos applications s'entend comme étant suffisante quand, sans pompage, fermée sur elle même, une enceinte dite hermétique, après une mise en dépression de l'ordre de 0,8 à 0,9 bar (par rapport à la pression atmosphérique), n'a pas de remontée de pression (fuite globale) supérieure à 1 millibar par 24 heures. Il est connu que pour dessécher une solution contenant un produit solide, il suffit dans la plupart des cas de chauffer pour obtenir le départ du solvant. Une autre variante réside dans les techniques de lyophilisation qui consiste à surgeler le produit préalablement à une sublimation de l'eau ou du solvant. Cette sublimation est obtenue par fixation de la vapeur d'eau sur une surface froide maintenue à une température inférieure à celle du produit. Pour permettre un départ de la vapeur d'eau à peu près constant, le produit est maintenu en température entre deux plaques chauffantes assurant ainsi un chauffage par rayonnement. Par exemple, aujourd'hui, il n'existe pas de technologie connue permettant de déshydrater le miel sans additif Les technologies connues et utilisées ne permettent pas d'obtenir certains labels. Un autre exemple difficile est la déshydratation des oeufs, notamment le blanc. C'est un produit qui mousse sous dépression et présente aussi des risques importants de contamination. Les technologies en cours d'exploitation aujourd'hui permettent d'obtenir des produits acceptables, les inconvénients de chacune de ces technologies qui sont la déshydratation à air chaud, la déshydratation par atomisation, la lyophilisation et les différentes technologies de déshydratation de liquides sans surgélation sont énoncés ci-dessous. La déshydratation par air chaud de liquide alimentaire fait qu'ils perdent en premier la plus grande part des produits les plus intéressants du liquide ; la plus grande part sont des flaveurs et alcools qui s'évaporent avant l'eau. Ils ont une pression de vapeur supérieure à celle de l'eau aux températures habituellement utilisées. Pour la déshydratation par air chaud, l'enceinte dans laquelle est pratiquée ce type d'opération n'est généralement pas étanche, aussi le départ de tous ces produits n'est absolument pas contrôlé. Dans le cas de l'atomisation, le problème est le même, mais les industriels utilisant cette technologie cherche à s'affranchir des inconvénients du simple air chaud en effectuant le séchage très rapidement. Dans l'enceinte d'atomisation le liquide coule en sens inverse de l'air chaud. La température d'air à l'entrée est dans la plupart des cas supérieure à 120 cl. A cette température, non seulement il y a départ d'arômes, mais une partie non négligeable des éléments nutritifs (vitamines, protéines, lipides...) sont modifiés par la température. Les industriels utilisant la lyophilisation annonce cette technologie comme donnant des produits d'une qualité inégalable. Cependant elle a de nombreux inconvénients. En effet, la sublimation de l'eau ne permet pas de laisser les arômes en place. La température de la surface froide du dispositif de lyophilisation étant nécessairement inférieure d'au moins une dizaine de degrés centigrades au produit, de ce fait, la pression partielle de la plupart des arômes étant plus forte que celle de l'eau, ces derniers se fixent plus facilement que l'eau sur la surface froide pendant la durée de l'opération de séchage. Pour la déshydratation de liquide contenant des sucres invertis, l'atomisation ou tous les autres procédés obligent à effectuer la déshydratation avec un additif Dans la plupart des cas il s'agit de maltodextrine ou de gomme arabique qui généralement ont une origine différente du produit. Cet emploi supprime la possibilité d'employer une publicité annonçant un produit de terroir ou pur sauf si cette malto-dextrine est extraite du produit de base. Pour beaucoup de ces produits, il faut arriver à des teneurs en eau très faible, souvent inférieures à 1%. Dans la déshydratation de liquide non surgelé sous vide, la plus grosse difficulté réside dans le bouillonnement du liquide. Cette technique est généralement employée que pour les produits dont aucun composant n'ait une pression partielle supérieure à l'eau Les projections dues à l'ébullition violente et à la mousse souvent engendrée conjointement font perdre une quantité importante du produit et ne permettent pas d'employer d'autres technologies que la lyophilisation. Généralement cette déshydratation s'effectue dans une cuve à paroi raclée, le produit étant souvent sous forme de gomme dès qu'il a perdu une partie de son eau. Cette cuve à paroi aussi chauffée, est reliée à un condenseur, et le condenseur à une pompe à anneau d'eau ; ces deux derniers dispositifs travaillent souvent en eau perdue ce qui représente souvent quelques inconvénients pour l'environnement. La présente invention élimine les différents inconvénients énumérés cidessus. Elle permet de déshydrater des produits pouvant soit mousser d'une façon importante, soit, perdre rapidement des arômes si leurs pressions partielles sont fortes à basse température, ou, soit bouillir très violemment à basse pression. La présente invention concerne un nouveau procédé de déshydratation. Le procédé de la présente invention avec lequel le produit est maintenu à une température et une pression ou il n'apparaît qu'une très faible dégradation physique et organoleptique du produit liquide, pâteux ou contenant de l'eau dans des cellules ou des molécules est caractérisé en ce qu'il présente les étapes suivantes : - le produit est placé dans un volume fermé ou sac présentant la totalité ou une partie des parois ayant une perméabilité importante à la vapeur d'eau et aux gaz de l'air mais négligeable à l'eau liquide, soit une étanchéité presque totale aux sucres, sels minéraux, vitamines, acides aminés et autres composants des produits pharmaceutiques et agro-alimentaire, - ce volume étant lui-même placé dans une enceinte hermétique résistante à la pression atmosphérique dont les parois sont maintenues à au moins 5 C au dessus de la température à laquelle sera maintenu le produit, - la mise sous vide de l'enceinte est réalisée avec des moyens de pompage compatibles avec la quantité de vapeur d'eau à extraire du volume enfermant le produit, - un chauffage du volume et donc du produit contenu est assuré pour permettre la mise en pression interne de la vapeur d'eau et maintenir la température du produit pour que l'évaporation de l'eau du produit puisse perdurer jusqu'à déshydratation partielle ou complète, l'humidité résiduelle dans le produit pouvant être comprise entre 1 et 50 %, la durée pouvant aller de 1 à plus de 24 heures et la température comprise entre 0 et 120 C sont fonction de la nature et de la qualité du produit à obtenir. Le procédé de la présente invention est réalisé préférentiellement dans le dispositif caractérisé en ce qu'il comprend au moins les éléments suivants : - une enceinte pouvant être mise sous vide comportant au moins deux plaques dans lesquelles il peut être établi une circulation d'un liquide chaud ou de vapeur ; - un liquide chaud ou vapeur obtenu dans un échangeur huile-liquide, - cette huile de transfert thermique est chauffée par la chaleur produite lors de l'adsorption de l'eau sur la zéolithe et les chaleurs sensibles lors des régénérations de la dite zéolithe, - d'autres moyens de pompage ou de chauffage peuvent être utilisés, ils sont à la disposition de l'homme de l'art et ne sont que des moyens pour utiliser cette invention. - dans l'espace défini entre deux plaques, d'une façon définitive ou chargées à chaque opération sont maintenus les volumes ou sacs dont la totalité ou une partie de la surface du sac ou du volume constitué d'un tissu TERGAL enduit d'un diméthylpolysiloxane permettent le passage de la vapeur d'eau pouvant être évaporée par le produit contenu dans ces volumes ou ces sacs, - par des moyens de régulation de paramètres physiques tel la température des plaques est inférieure à 130OC, la pression absolue dans l'enceinte est comprise entre 0,1 et 50 millibars, la pression dans les sacs ou enceinte peut varier de 2 à 2000 millibars. Ce procédé est donc caractérisé par une évaporation contrôlée, à travers la paroi des sacs, membrane d'osmose comportant en surface, par enduction, un élastomère silicone ou équivalent, par exemple un tissu revêtu d'une couche de diméthylpolysiloxane d'une épaisseur de 30 à 100 microns l'eau ne pouvant franchir en phase liquide directement cette membrane d'osmose. La variation d'épaisseur de la couche d'élastomère entraînant une perméabilité différente pour les gaz, dont la vapeur d'eau. Cette membrane ayant aussi une perméabilité nulle ou quasi nulle pour les molécules complexes composant les arômes, vitamines, etc... D'autres matières semi perméables peuvent être utilisées suivant la nature des solvants à évaporer. La perméabilité de la membrane est constante, mais fonction de la différence de pression partielle pour chaque produit pouvant la traverser en phase gazeuse. La durée de l'opération est donc fonction de la pression partielle de l'eau interne au sac, de la température des plaques et de la pression totale maintenue dans l'enceinte. Dans la description des figures 1 et 2 et des exemples ci dessous l'on comprendra mieux le procédé et son dispositif La figure 1 représente le dispositif de l'invention adapté à une enceinte ordinaire de déshydratation comme décrite dans le FR 89 17413. La figure 2 représente un dispositif spécifique à la présente invention. La figure 1 représente l'enceinte 1 comportant sa porte de chargement, dans laquelle peut être établi une pression absolue jusqu'à 0,1 millibar A l'intérieur de cette enceinte 1 sont disposées les plaques chauffantes 2 dans laquelle circule un liquide ou de la vapeur dont on contrôle la température. Ces plaques 2 ont une surface étudiée pour avoir un pouvoir émissif maximum. L'enceinte 1 est à double parois intérieures et extérieures qui peuvent être chauffées elle comporte au moins les entrées et sorties de liquide chaud, non représentées, pour l'alimentation des plaques. Préférentiellement une bride 5 assure la liaison avec le système de pompage à zéolithe équivalent à celui décrit dans le brevet français FR 89 17413. Le produit 4 est, préalablement à la mise sous vide, mis en place dans un sac ou poche 3 fabriquée dans un tissu enduit d'une couche d'un composé silicone, préférentiellement un diméthylpolysiloxane, ceci constitue la membrane, assurant une perméabilité contrôlée pour la plupart des gaz et de la vapeur d'eau. Suivant la différence de pression, donc le débit de vapeur d'eau par unité de surface, recherchée il est maintenu une différence de pression entre l'intérieur de la poche et l'intérieur de l'enceinte. Une ceinture non représentée, disposée autour dudit sac, en toile métallique ou en tôle perforée assure le non déchirement de la toile en cas de surpression trop importante. Une différence de pression est maintenue par le réglage de la vanne 7 dont l'ouverture, donc le débit de vapeur et de l'air résiduel dû souvent au dégazage des gaz dissous dans le produit entre l'enceinte et l'ensemble de pompage est régulée en fonction d'une différence de pression imposée. Les pressions différentielles entre l'intérieur de la poche et l'enceinte et entre l'enceinte et le groupe de pompage sont fonction de la température de surface de la poche ou du produit, de la pression totale maintenue par le groupe de pompage et la pression partielle de vapeur d'eau entretenue par ce même groupe de pompage. Il est possible de faire évoluer ce schéma vers des machines a fonctionnement pratiquement continu comme présentée dans la figure 2. Il est possible de ne pas placer le produit directement en contact avec la membrane silicone. De plus ce dispositif permet de sortir un produit sec stérilisé, ou pasteurisé. Nous ne décrirons pas le groupe de pompage, il est constitué de pompes à vide associées à plusieurs adsorbeurs ou un adsorbeur comme prévu dans le brevet FR 89 17413. L'ensemble des dispositifs est contenu dans une enceinte Il, enceinte dont toutes les parois peuvent être chauffées par une circulation de liquide chaud pour éviter tout risque de condensation intermédiaire, liquide chauffé par des moyens extérieurs ou par la chaleur produite lors de l'adsorption de l'eau sur la zéolithe et les chaleurs sensibles de la dite zéolithe et son support, de telle façon que, suivant les températures et pressions nécessaires pour le produit 10 que l'on déshydrate. Dans la partie basse de l'enceinte, un tube 12 pouvant être maintenu à une température précise et régulée reçoit le produit. A l'intérieur de ce tube, un dispositif 13 permet de produire une agitation du produit à déshydrater par un moyen mécanique qui peut être soit un mouvement alternatif de demi segments racleurs, soit d'une vis d'Archimède changeant périodiquement de sens de rotation. La vis d'Archimède permettant par ailleurs une plus simple évacuation du produit fini. Ce tube contenant le produit est relié par une canalisation 14 contenant des dispositifs 22 évitant la projection de gouttelettes ou de mousse suivant la nature du produit à déshydrater, à un tube 15 portant les sacs 16 en tissu enduit identique à celui des sacs de la description de la figure 1 ci-dessus. La vanne 21 assure la liaison avec le groupe de pompage. Par l'orifice 17 il est possible d'introduire un produit liquide de façon aseptique. De même par l'orifice 18 il est possible de faire que l'ouverture pour le déchargement du produit déshydraté ait lieu dans un milieu stérile. Le brevet FR 78 14549 peut être employé dans cet ensemble pour stériliser en absence d'air l'intérieur de là machine telle que prévue dans la figure 2. La vapeur sera alors introduite par la vanne 19 pour l'extérieur de dispositif, et la vanne 20 pour la partie de la machine contenant le produit. L'emploi du procédé de ce brevet permet d'obtenir la stérilisation de l'ensemble du dispositif par vapeur d'eau, et de laisser les parois sèches à la fin de l'opération. Le produit, introduit à froid dans le tube 12 est mis sous vide d'air à travers la paroi des sacs 16, cette membrane d'osmose étant aussi perméable au gaz, la descente en pression de l'enceinte Il étant réalisée pour ne pas détruire les tissus enduits 16 ; dès que la pression de 10 millibars est atteinte, le chauffage de la paroi de l'enceinte 11 est réalisé, ainsi que le chauffage du tube 12 contenant le produit. Les parois des parties 11, 14 et 15 sont maintenues à une température légèrement (environ 5 C) supérieure à la température du tube 12 contenant le produit. La pression totale et partielle de l'eau dans l'enceinte 11 sont maintenues en dessous de la pression partielle d'eau correspondant à la température du tube 12 par le groupe de pompage et la régulation de pression imposée à la vanne 21. L'homme de l'art pourra varier les dispositifs sans changer le sens de la présente invention. EXEMPLE 1 : Séchage de blancs d'oeuf Dans un manchon fabriqué avec de la membrane réalisée par enduction de diméthylpolysiloxane posé sur un support Tergal, ces produits étant compatibles aux contacts alimentaires, ayant 50 mm de diamètre, nous avons introduit du blanc d'oeuf frais. Ce manchon à été fermé par des pinces. Il a ensuite été placé dans une enceinte ou étuve sous vide reliée au système de pompage suivant : une pompe à vide à palette et huile, un adsorbeur contenant plus de quinze kilogrammes de zéolithe sèche, et les vannes adéquates. La paroi de l'étuve sous vide à été portée à 80 oc. la pression totale dans l'enceinte était inférieure à 10 mb, le manchon se gonfle dès que la température correspond à une pression de vapeur d'eau supérieure à la pression régnant dans l'enceinte. Quand la température à l'intérieur du manchon est de 50 C, la pression est de 150 mb la perméabilité de la toile revêtue de silicone assure le passage de la vapeur d'eau. Nous avons obtenu après six heures de maintien dans ces conditions un produit sec, blanc ayant le parfum du blanc d'oeuf Lorsqu'on lui reintègre la même quantité d'eau que celle précédemment retirée, l'ensemble montent"en neige"ou se comporte exactement comme du blanc d'oeuf frais. EXEMPLE 2 : Séchage de miel Dans la même membrane nous avons introduit du miel de colza particulièrement chargé en eau (environ 12 %) et en sucres invertis, nous avons procédé de la même manière que pour les blancs d'oeuf cité plus haut. En quelques heures nous avons obtenu un bâton de miel parfaitement concassable dans un cutter. Dès broyage, une réhumidification des sucres invertis entraine le collage du broyat de miel dans les minutes suivant le broyage. Dans ces deux exemples nous précisons qu'aucun additif n'a été mis dans les produits. EXEMPLE 3 Déshydratation d'un produit présentant un risque de contamination. Nous avons stérilisé un tube identique par chauffage à l'aide de vapeur surchauffée assurant une température supérieure à 130 oC sur les parois du tube. La température maximum admissible est de 150Oc. Nous avons fermé sous vapeur le tube. Nous avons introduit du lait stérilisé ne contenant donc pas d'éléments vivants. Nous avons introduit l'ensemble fermé dans l'enceinte à vide utilisée pour les autres exemples, sans désinfection préalable de l'enceinte. Nous avons déshydraté le lait. La poudre obtenue fût dans des conditions de stérilité garantie, réhydratée avec de l'eau stérile, aucun comptage n'a décelé de produit de contamination. EXEMPLE 4 Déshydratation de morceaux de pommes. Nous connaissons parfaitement les résultats possibles d'une déshydratation de morceaux de pommes par le procédé décrit dans le brevet F. R. 89 17413. Nous avons enfermé des morceaux de pommes dans le même type de tube. Le produit dans le sac a été placé dans l'enceinte utilisée pour les autres exemples. Après quatre heures de maintien sous vide avec une température de rayonnement de 70 C les pommes ont été sorties avec une humidité résiduelle inférieure à 5%. Il semble que les produits obtenus sont légèrement plus blancs que dans le cas de déshydratation habituelle suivant le procédé décrit dans le brevet cité au début de ce paragraphe. EXEMPLE 5 Déshydratation de café Nous avons réalisé du café à la française dans un matériel traditionnel. Nous avons introduit le liquide l'équivalent d'une tasse dans un des sacs décrit cidessus et avons procédé à une déshydratation la plus complète possible. Le produit résiduel représente environ moins de 1 gramme d'extrait sec. Lors de la remise de la même quantité d'eau l'on obtient un café dont il semble impossible à différencier de la boisson d'origine. Ceci a été fait sans aucun ajout de malto dextrine ou autre. EXEMPLE 6 Déshydratation d'un polysacharrides Un polysacharrides contenant de l'eau ayant un extrait sec d'environ 1 % est placé dans le dispositif de la figure 1, il est maintenu à une température inférieure à 30 et une gomme transparente est obtenue. REVENDICATIONS 1/Procédé de déshydratation dans lequel le produit est maintenu à une température et une pression ou il n'apparaît qu'une très faible dégradation physique et organoleptique du produit liquide, pâteux, ou contenant de l'eau dans ses cellules ou des molécules, caractérisé en ce qu'il présente les étapes suivantes : - le produit (4, lao) est placé dans un volume fermé ou sac (3, 12) présentant la totalité ou une partie de leurs parois ayant une perméabilité importante à la vapeur d'eau et aux gaz de l'air mais négligeable à l'eau liquide soit une étanchéité presque totale aux sucres, sels minéraux, vitamines, acides aminés, et autres composants des produits pharmaceutiques et agroalimentaire, - ce volume (3,12) est lui-même placé dans une enceinte hermétique (1,11) résistante à la pression atmosphérique dont les parois intérieures sont maintenues à au moins 5 oC audessus de la température à laquelle sera maintenu le produit (4, 10), - la mise sous vide est réalisée avec des moyens de pompage compatibles avec la quantité de vapeur d'eau à extraire du volume enfermant le produit, - un chauffage du volume (3, 12) et donc du produit (4,10) contenu est assuré pour permettre la mise en pression interne de la vapeur d'eau et maintenir la température du produit (4, 10) pour que l'évaporation de l'eau du produit puisse perdurer jusqu'à déshydratation partielle ou complète, la durée et la température sont fonction de la nature et de la qualité du produit à obtenir. 2/Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le volume contenant le produit est constitué d'un tissu fabriqué avec des fibres notamment"Tergal", fibres revêtues par enduction de diméthylpolysiloxane avec une épaisseur de l'ordre de 30 àlOO microns. 3/Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que, l'épaisseur de l'enduction peut varier pour permettre des caractéristiques de perméabilité différentes pour la vapeur d'eau. 4/Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi du volume (3,12) à perméabilité contrôlée peut être réalisé dans des matières différentes adaptées aux solvants employés. 5/Dispositif utilisé pour le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est constitué d'une enceinte (1, 11) pouvant être mise sous vide présentant des parois intérieures ou des plaques (2) comportent des moyens assurant la circulation de liquide chaud ou de vapeur, ledit liquide chaud ou vapeur est obtenu dans un échangeur huile-liquide extérieur au dispositif cette huile de transfert thermique chauffée par des moyens extérieurs ou par la chaleur produite lors de l'adsorption de l'eau sur la zéolithe et les chaleurs sensibles de régénération de la dite zéolithe 6/Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que entre lesdites plaques (2) ou le tube (12) sont chargés du produit à déshydrater dans des sacs (3) entre les plaques (2), ou dans le volume (12), la température des plaques ou de la paroi intérieure de (12) sera inférieure à 130OC, la pression absolue dans l'enceinte sera comprise entre 0,1 et 50 millibar, la pression dans les sacs (3) ou le tube (12) pourra varier de 2 à 2000 millibars. 7/Dispositif selon les revendications 1 à 6 caractérisée en ce que le contenant du produit peut être un récipient ; le tissu du sac (3) ou (16) à perméabilité contrôlée étant fixé ou raccordé au récipient. 8/Dispositif selon les revendications 1 à 7 caractérisée en ce que l'enceinte (ll) présente des parois chauffées à une température suffisante pour éviter toute condensation intermédiaire, le produit (10) est maintenu dans un tube (12) chauffé et maintenu à température programmée et dans lequel le produit (10) subit une agitation par un moyen mécanique (13). 9/Produit obtenu à l'aide du procédé suivant les revendications 1 à 4 et les dispositifs réalisés suivant les revendications 5 à 8 caractérisé en ce que le produit est déshydraté sans aucun additif, même ceux extraient dans le déchet du végétal, notamment le café, miel, oeuf, polysacharrides.