Brevet FR2845096A1 — publié le 20040402

DESCRIPTION La présente invention concerne les procédés de traitement de liquides, en particulier des liquides alimentaires, en vue de modifier leurs compositions et/ou leurs caractéristiques gustatives, nutritives ou analogues. La présente invention a pour objet un procédé de 5 désacidification de boissons, notamment de boissons fermentées, et en particulier à base de jus de raisins. L'élaboration de boissons, en particulier fermentées, peut souvent s'accompagner d'une production de composés volatils qui dégradent la qualité organoleptique de ces boissons. Parmi ces composés indésirables, le plus connu est l'acide acétique qui est présent dans les boissons acides sous formes libres, salifiées et estérifiées. Le risque de production excessive d'acidité volatile concerne principalement les liquides subissant une fermentation alcoolique 15 (transformation des sucres en alcool éthylique) lorsque le degré alcoolique obtenu dépasse 13%. Le risque est augmenté dans le cas de fermentations incomplètes des sucres et par des températures de fermentation supérieures à 280C. Ce risque est bien réel et concerne en particulier les vins rouges 20 dont la teneur en éthanol dépasse 13 % en volume. Des procédés pour réduire l'acidité volatile de certaines boissons sont déjà connus (par les documents W093/23151 et WOOI/78881 par exemple). Ces procédés connus utilisent: - une première étape de nanofiltration, ou d'osmose inverse, de la boisson (production d'un rétentat RI et d'un perméat Pl). - une deuxième étape de traitement du perméat Pl par résines échangeuses d'ions, faiblement anioniques, à l'issue de laquelle on obtient un perméat traité P2. - une troisième étape d'assemblage du rétentat RI et du perméat traité P2. Les procédés précités présentent des limites liées à l'utilisation des résines échangeuses d'ions, à savoir: -2 - cycles de régénération des résines obligatoires et contraignants. Ces cycles sont très techniques, ils utilisent des produits dangereux: acide sulfurique, soude, ammoniaque ou analogue. - difficultés pour déterminer la saturation des résines et donc risques de re-largage. - nécessité de maîtriser le débit de passage. - risques de pollution de la boisson si les résines sont mal préparées (odeur d'ammoniaque) ou mal choisies (incompatibilité avec des applications alimentaires) - durée de vie limitée pour les résines (inférieure à 10 ans) - cot du traitement relativement élevé: cots cumulatifs colonne + résine + régénérations + cots de personnel. En prestation de service, les tarifs habituellement pratiqués sont de l'ordre de 0,4 ú/1 pour baisser de 0,5 g/i l'acidité volatile, exprimée en acide acétique. - volume d'effluents produits très important: 500 litres de lessive de soude + 1000 litres d'eau de rinçage pour la régénération d'une colonne de 200 litres de résines, par exemple. - entretien obligatoire des résines entre deux périodes d'utilisation. La présente invention a pour but de diminuer fortement et, si possible, de supprimer les inconvénients mentionnés ci-dessus, en proposant une méthode alternative n'utilisant pas de résines échangeuses d'ions. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de 25 désacidification de boissons, notamment de boissons fermentées, contenant des composés acides, et en particulier de l'acide acétique, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser les opérations suivantes: - soumettre la boisson à traiter à une nanofiltration ou à une osmose inverse pour obtenir un rétentat RI et un perméat Pl, ce dernier 30 contenant encore une partie de l'acide acétique de la boisson initiale; - neutraliser l'acidité du perméat Pl par ajout contrôlé d'au moins un composé basique réagissant avec les composés acides dudit perméat P 1 pour former des sels correspondants; - soumettre le perméat Pl à une nanofiltration ou à une osmose 35 inverse pour obtenir un rétentat R2 et un perméat P2, ce dernier étant sensiblement exempt des sels de réaction présents dans P; - 3 - mélanger le rétentat RI et le perméat P2 pour former la boisson finale désacidifiée. Deux variantes de réalisation pratiques sont envisageables pour effectuer l'ajout contrôlé de composé basique dans le perméat Pi. Ainsi, l'ajout contrôlé de composé basique dans le perméat Pi peut être réalisé par ajout d'une quantité prédéterminée d'un tel composé, calculée préalablement en fonction de la quantité de liquide à traiter et de la baisse d'acidité volatile à obtenir. Ledit ajout contrôlé peut, en variante, également être réalisé en 10 surveillant en temps réel l'évolution du pH dudit perméat au fur et à mesure de l'intégration d'une quantité croissante dudit composé basique. Le procédé de désacidification selon l'invention peut aisément être mis en oeuvre pour des quantités à traiter très différentes, en adaptant de manière conséquente l'installation de traitement. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, plus particulièrement adapté pour des petites quantités de boissons à traiter et permettant de limiter les cots du matériel à mettre en oeuvre, le procédé peut être effectué de manière discontinue, la boisson initiale et le permat Pl dont l'acidité a été neutralisée étant traités avec la même installation de 20 nanofiltration ou d'osmose inverse, au cours de deux phases opératoires distinctes. Selon un second mode de réalisation de l'invention, plus particulièrement adapté à de grandes quantités à traiter et permettant un traitement en flux continu, ce procédé peut consister en un procédé de 25 traitement continu, dont les opérations de traitement sont effectuées en série, la boisson initiale et le perméat Pl dont l'acidité a été neutralisée étant traités par deux installations de nanofiltration ou d'osmose inverse différentes, disposées en série dans une ligne ou une boucle de traitement. L'invention trouve une application très avantageuse, mais non 30 limitative, dans le domaine du traitement des boissons issues de raisins ou contenant du jus de raisins. Dans ce cas notamment, le composé basique consiste préférentiellement en de l'hydroxyde de potassium et la ou les membranes réalisant la nanofiltration ou l'osmose inverse présente(nt) un taux de rejet 35 élevé, préférentiellement supérieur à environ 95 %, par rapport au potassium et aux sels de potassium. - 4 En outre, selon une caractéristique additionnelle de l'invention, la ou les membranes réalisant la nanofiltration ou l'osmose inverse présente(nt) également un taux de rejet élevé, préférentiellement supérieur à environ 95%, par rapport à l'acide malique et à l'acide tartrique. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ciaprès, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 illustre schématiquement, en deux phases, la mise en 10 oeuvre du procédé selon l'invention, selon un premier mode de réalisation discontinue, et, la figure 2 illustre schématiquement la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, en relation avec un second mode de réalisation à flux continu. Le procédé de traitement selon l'invention peut être décomposé en quatre opérations ou étapes de traitement distinctes consécutives. Une première étape de nanofiltration ou d'osmose inverse de la boisson initiale à traiter permet d'obtenir un rétentat (RI) et un perméat (Pi) riche en acide acétique. Les autres acides de la boisson, acide tartrique 20 et acide malique par exemple pour du vin, sont fortement retenus par les membranes de l'osmoseur OI ou 011: le taux de rejet de l'acide tartrique ou de l'acide malique par des membranes d'osmose inverse peut atteindre 99% alors que, dans les mêmes conditions, le taux de rejet de l'acide acétique est de l'ordre de 50%. Ces membranes ont également un fort taux 25 de rejet pour le potassium (> 95%). Les membranes pourront par exemple être du type connu sous la référence SC par la société DESAL/OSMONICS. Une deuxième étape consiste à neutraliser l'acidité du perméat Pi en utilisant une base forte, la potasse (KOH) par exemple. La 30 neutralisation peut être contrôlée simplement en mesurant l'évolution du pH, et en arrêtant l'ajout de base lorsque le pH > 7. L'acide acétique du perméat Pi est ainsi transformé en acétate de potassium. Ce sel est très soluble: 2530 g/l à 20'C. Une troisième étape consiste à osmoser totalement le perméat 35 Pi désacidifié: on obtient ainsi le rétentat R2 et le perméat P2. Le perméat Pi ayant déjà été osmosé, cette deuxième osmose est relativement facile. Grâce au fort taux de rejet de la membrane de l'osmoseur OI ou 012 par - 5 rapport au potassium, la quasi-totalité de l'acétate de potassium est retenue dans le rétentat R2, correspondant en fin de traitement au volume mort de l'osmoseur considéré. Grâce à la forte solubilité de l'acétate de potassium, il n'y a pas de risque de cristallisation durant la concentration de R2. Une quatrième opération consiste à assembler le rétentat RI et le perméat P2, obtenu dans l'étape précédente, de façon à obtenir le produit final désacidifié. Un des avantages de l'invention est de pouvoir procéder à une diminution de l'acidité volatile de la boisson en n'utilisant qu'une seule 10 machine ou installation, comme le montre la figure 1 des dessins annexés. En effet, les deux phases illustrées sur cette figure mettent en oeuvre le même osmoseur OI. Mais il serait possible, dans le but de faire un traitement continu, d'utiliser deux machines ou installations (osmoseurs OI1 et 012) et 15 une neutralisation automatique du perméat Pl, comme le montre la figure 2. Dans ce dernier cas, l'osmoseur final (OI 2) peut être plus petit que le premier (OI 1), compte tenu de la facilité de la deuxième osmose et des volumes à traiter. Il est évidemment possible d'utiliser une autre base que 20 l'hydroxyde de potassium (hydroxyde de soude ou de calcium par exemple) pour neutraliser l'acidité volatile. La potasse est toutefois préférée pour le traitement des boissons issues du raisin car le potassium est très abondant dans le jus de raisin, ou dans le vin, et que, d'autre part, la solubilité de l'acétate de potassium est très grande, ce qui supprime tout risque de 25 formation de cristaux pendant la concentration du rétentat de la deuxième osmose. Les quantités de produits basiques utilisés sont plus petites que celles qui sont nécessaires à la préparation et à la régénération des résines. Le bilan économique est très favorable pour le procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention présente un autre avantage 30 pratique très important pour l'opérateur: il est possible de déterminer simplement, et en temps réel, la fin du traitement sans se préoccuper des volumes réels traités. En effet, connaissant la baisse d'acidité volatile à obtenir et le volume total de liquide à traiter, il est possible de calculer le volume de 35 KOH (par exemple) à utiliser. Lorsque cette quantité de potasse a été consommée pour neutraliser le perméat Pl, cela signifie que la totalité de l'acidité excédentaire a été éliminée et qu'il faut arrêter la première osmose. -6 La réaction: CH3 COOH + K OH -i CH3 COOK + H2O montre que pour neutraliser 60g d'acide acétique il faut utiliser 56g de potasse. Si: A est la baisse d'acidité volatile à obtenir en g/l d'acide acétique, V le volume de liquide à traiter en litre, et, T le titre de la solution de KOH en g/l, alors le volume Q de solution KOH à utiliser est égal à: 10 56.A.V litres. 60.T Or, T étant connu, Q = kAV Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications 15 restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -7 REVENDICATIONS 1. Procédé de désacidification de boissons, notamment de boissons fermentées, contenant des composés acides, et en particulier de l'acide acétique, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser les opérations suivantes: - soumettre la boisson à traiter à une nanofiltration ou à une osmose inverse pour obtenir un rétentat (RI) et un perméat (Pi), ce dernier contenant encore une partie de l'acide acétique de la boisson initiale; - neutraliser l'acidité du perméat (Pi) par ajout contrôlé d'au moins un composé basique réagissant avec les composés acides dudit 10 perméat (Pi) pour former des sels correspondants; - soumettre le perméat (Pi) à une nanofiltration ou à une osmose inverse pour obtenir un rétentat (R2) et un perméat (P2), ce dernier étant sensiblement exempt des sels de réaction présents dans (Pi); - mélanger le rétentat (Ri) et le perméat (P2) pour former la 15 boisson finale désacidifiée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ajout contrôlé de composé basique dans le perméat (Pl) est réalisé par ajout d'une quantité prédéterminée d'un tel composé, calculée préalablement en fonction de la quantité de liquide à traiter et de la baisse d'acidité volatile à 20 obtenir. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ajout contrôlé de composé basique dans le perméat (Pi) est réalisé en surveillant en temps réel l'évolution du pH dudit perméat au fur et à mesure de l'intégration d'une quantité croissante dudit composé basique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est effectué de manière discontinue, la boisson initiale et le permat (Pi) dont l'acidité a été neutralisée étant traités avec la même installation de nanofiltration ou d'osmose inverse, au cours de deux phases opératoires distinctes. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste en un procédé de traitement continu, dont les opérations de traitement sont effectuées en série, la boisson initiale et le perméat (Pi) dont l'acidité a été neutralisée étant traités par deux installations de nanofiltration ou d'osmose inverse différentes, disposées en série dans une ligne ou une bouche de traitement. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, notamment dans le cas de traitement de boissons 5 issues du raisin ou contenant du jus de raisin, le composé basique consiste en de l'hydroxyde de potassium et la ou les membranes réalisant la nanofiltration ou l'osmose inverse présente(nt) un taux de rejet élevé, préférentiellement supérieur à environ 95 %, par rapport au potassium et aux sels de potassium. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la ou les membranes réalisant la nanofiltration ou l'osmose inverse présente(nt) également un taux de rejet élevé, préférentiellement supérieur à environ %, par rapport à l'acide malique et à l'acide tartrique.