Brevet FR2852493A1 — publié le 20040924

DESCRIPTION La présente invention concerne le traitement de liquides alimentaires, notamment en vue de la modification au moins partielle de leurs compositions, en particulier par ajustement de la teneur de l'un de leurs constituants, et a pour objet un procédé de réduction contrôlée de la teneur en sucre de jus. En effet, il est connu que certains jus de fruits, en particulier les jus de raisins, peuvent contenir des quantités très importantes de sucres. Ceci limite leurs possibilités de consommation comme jus de fruit et complique considérablement leur éventuelle transformation en vin. La 10 fermentation alcoolique complète de ces jus très sucrés est difficile, elle nécessite une bonne maîtrise oenologique et s'accompagne souvent de déviations microbiologiques indésirables (teneurs en acide acétique importantes). De plus, les vins obtenus ont des teneurs en alcool éthylique 15 souvent supérieures à 15 % en volume, ce qui gêne leur distribution. Généralement, les consommateurs, apprécient peu les vins, surtout les vins rouges, contenant plus de 13 % d'alcool. Certains producteurs de vins, en particulier aux USA, sont ainsi contraints à désalcooliser partiellement leurs vins pour pourvoir les vendre. 20 Les techniques utilisées présentent des inconvénients importants. En effet, outre leur complexité (filtration sur membranes très serrées + distillation), elles peuvent altérer profondément la qualité et le goût du vin. Il est bien évident qu'il serait préférable de retirer du sucre au moût de raisin avant fermentation plutôt que de l'alcool après fermentation, 25 mais, à ce jour, il n'existe pas de technique industrielle connue permettant de réaliser cette opération pour un coût acceptable. Il était donc souhaitable de mettre au point une technique simple permettant de retirer une quantité pré-déterminée de sucre à un jus de fruit, en général, et à du jus de raisin, en particulier. En vue de répondre à cette demande, la présente invention propose un procédé de réduction contrôlée de la teneur en sucres de jus de fruits, en particulier de jus de raisins, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une partie au moins du jus de fruits originel, éventuellement préclarifié, à une ultrafiltration sélective sensiblement perméable aux sucres, puis à une nanofiltration sélective sensiblement imperméable aux sucres, et à mélanger le perméat doublement filtré avec le rétentat ou concentré de l'ultrafiltration et, éventuellement, avec la partie du jus de fruits originel non traité, le perméat d'ultrafiltration étant soumis à un 5 traitement en vue d'éliminer ou de limiter les phénomènes de cristallisation(s) dans le rétentat ou concentré de nano-filtration. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ciaprès, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique 10 annexé dont la figure unique est une représentation schématique d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, illustrant également les principales étapes de ce dernier. Comme indiqué précedemment, le procédé selon l'invention consiste principalement à soumettre une partie PJO au moins du jus de 15 fruits originel, éventuellement préclarifié, à une ultrafiltration sélective sensiblement perméable aux sucres, puis à une nanofiltration sélective sensiblement imperméable aux sucres, et à mélanger le perméat doublement filtré PNF avec le rétentat ou concentré de l'ultrafiltration RUF et, éventuellement, avec la partie du jus de fruits originel non traité PJON, le 20 perméat d'ultrafiltration PUF étant soumis à un traitement en vue d'éliminer ou de limiter les phénomènes de cristallisation(s) ou de formation de troubles dans le rétentat ou concentré de nano-filtration RNF. Le traitement précité permet de prévenir les problèmes liés à la modification des teneurs en substances dissoutes après l'ultrafiltration et 25 pouvant aboutir à des phénomènes de colmatage et/ou d'obturation des moyens de nanofiltration. De manière plus précise, ledit procédé peut essentiellement comprendre les étapes consistant à: - prélever une partie PJO du jus originel, éventuellement préclarifié; - soumettre ladite partie de jus PJO prélevée à une ultrafiltration sélective générant un rétentat ou concentré RUF et un perméat PUF, l'ultrafiltration mise en oeuvre étant sensiblement perméable aux sucres et fortement imperméable aux autres substances qualitatives du jus, en suspension et/ou dissoutes dans ce dernier; soumettre le perméat d'ultrafiltration PUF, après son traitement préventif contre les phénomènes de cristallisation(s) ou de formation de troubles, à une nanofiltration sélective générant un rétentat ou concentré RNF et un perméat PNF, le moyen NF de nano-filtration mis en oeuvre étant fortement imperméable aux sucres et sensiblement perméable aux autres substances qualitatives, en suspension et/ou dissoutes, du perméat d'ultrafiltration PUF; - mélanger le rétentat ou concentré d'ultrafiltration RUF et le perméat de nanofiltration PNF à la partie du jus originel non prélevée PJON, pour former un jus de fruits traité JFT à teneur en sucres réduite. De manière pratique et pour des types donnés de moyens d'ultrafiltration UF et de nanofiltration NF, la quantité de sucres éliminée, et 10 donc la réduction de sucres dans le jus de fruits après traitement, peuvent être avantageusement contrôlées par le réglage du volume de pennéat d'ultrafiltration PUF. Le traitement du perméat d'ultrafiltration PUF mentionné cidessus peut, par exemple, consister en une étape opératoire choisie dans le 15 groupe formé par: la précipitation préventive de l'un au moins des composés intervenant dans le ou chaque phénomène de cristallisation(s) ou de formation de troubles par ajout contrôlé d'au moins une substance adaptée dans le perméat d'ultrafiltration PUF; l'inhibition du ou des phénomène(s) de cristallisation(s) ou de formation de troubles par ajout 20 contrôlé d'au moins une substance adaptée dans le perméat d'ultrafiltration PUF; la limitation du ou des phénomène(s) de cristallisation ou de formation de troubles concerné(s) par ajout contrôlé d'au moins un produit stabilisant dans le perméat d'ultrafiltration; l'empêchement de la ou des cristallisation(s) ou formation de troubles par ajout contrôlé d'au moins un 25 produit gélifiant et l'appauvrissement, par exemple par traitement au moyen de résines échangeuses d'ions ou par électrodialyse, du perméat d'ultrafiltration PUF par rapport à l'un au moins des composés intervenant dans le ou chaque phénomène de cristallisation ou de formation de troubles concerné. Ledit au moins un produit ajouté, par exemple par injection éventuellement suivi d'une agitation, peut consister en un produit stabilisant colloïdal, tel que par exemple de l'acide métatartrique, un dérivé cellulosique, de la gomme arabique, de la gomme xanthane ou analogues ou être un produit gélifiant choisi dans le groupe formé par les gélatines, les 35 alginates et analogues. En vue d'une valorisation des substances éliminées par l'intermédiaire du procédé selon l'invention, il peut en outre être prévu de - 4 soumettre à une opération de traitement supplémentaire et/ou de conditionnement le concentré ou rétentat RNF provenant de l'opération de nanofiltration sélective. Selon une première variante de réalisation de l'invention, le 5 procédé peut être exécuté de manière continue, au moins deux des différentes phases opératoires étant effectuées de manière simultanée et le prélèvement étant réalisé pendant une durée déterminée. Selon une seconde variante de réalisation de l'invention, le pocédé peut être exécuté de manière séquentielle, les différentes phases 10 opératoires étant effectuées à la suite les unes des autres en étant appliquées à une partie du volume du jus originel prélevée en début du cycle opératoire du procédé. Comme cela ressort du développement ci-dessus, le procédé proposé par l'invention utilise deux étapes de filtrations successives: - première étape: ultrafiltration UF d'une partie du volume de jus de raisin à traiter, éventuellement préclarifiée. On obtient un perméat d'UF très dépouillé (la plus grande partie des colloïdes et des composés phénoliques est retenue) dont la teneur en sucres dépend de la teneur en sucres du jus de raisin et de la membrane d'UF utilisée. Le volume de 20 perméat extrait doit correspondre à la quantité de sucres qui doit être éliminée (voir ci-après calcul du volume de perméat UF). - deuxième étape: nanofiltration NF du perméat UF obtenu dans la première étape, après son traitement préventif contre les cristallisations et/ou les formations de troubles. On obtient un concentré ou 25 rétentat de NF riche en sucres et un perméat de NF pauvre en sucres et relativement riche en acides et autres constituants qualitatifs du jus initial. La limite de la concentration NF dépend de la membrane et des conditions opératoires. Il est difficile de dépasser 500 g de sucres par litre. Le perméat NF est réincoporé à la cuve de jus de raisin à traiter. Le concentré NF 30 correspond aux sucres éliminés de la cuve. La mise en oeuvre industrielle du procédé ne présente pas de difficulté particulière. Des gammes de filtres acceptant des modules d'ultrafiltration ou de nanofiltration sont connues et largement utilisées dans l'industrie agroalimentaire. L'efficacité du procédé dépend de la qualité des membranes utilisées, c'est-à-dire de leurs sélectivités par rapport aux différents constituants du jus de fruit traité. Cette sélectivité s'exprime par les taux de rejets relatifs à chaque constituant. La membrane d'UF doit avoir un faible taux de rejet pour les sucres et des forts taux de rejets pour les autres constituants: l'objectif est d'extraire préférentiellement les sucres. La membrane de NF doit avoir un fort taux de rejet pour les sucres et des taux de rejets faibles pour les autres constituants: l'objectif est d'extraire préférentiellement tout ce qui n'est pas sucre. L'estimation des volumes de perméat d'UF et de concentré NF 10 peut être réalisé comme suit: Si W est le volume de jus à traiter en litres, X la quantité de sucres à retirer en g/l, et Y et Z les teneurs en sucres en g/l respectivement des perméat UF et perméat NF, le volume V de perméat UF est environ égal a: égale à 50( V = XxW / (Y-Z) Exemple: W= 1000 1, X= 25 g/l, Y= 180 g/l, Z = 50 g/l V = 25000/ 130 = 192 1 Si la teneur en sucres du concentré NF en fin de traitement est 0 g/1 le volume de ce concentré sera égal à: XxW / 500 soit, pour l'exemple ci-dessus: 25000/500 = 50 1. Un exemple de performance pour jus de raisin est présenté dans ci-après, à titre d'exemple. Membranes utilisées: UF: module spiralé référence PW de la société Désal le tableau Osmonics NF: module spiralé référence DK de la société Désal Osmonics Indice Acidité totale Volume Sucres Potassium Composés G/1 H2 SO4 pH I g/l mg/l Phénoliques Totaux Jus initial 1000 250** 4,8 3,84 1619 12,9 (PJO) UF concentré (RUF) 800 251 4,85 3,84 1660 12,6 (RUF) ________________________ - 6 UF pernéat 200 245 4,7 3,83 1611 8,8 (PUF) NF concentré* 92 500 5,87 3,92 2460 10,7 (RNF) pNF 108 26 3,2 3,70 1081 1,4 (PNF) Jus traité (JFT) 1 908 224*** 4,7 3,84 1538 13 * Stabilisé à la CMC, voir ci-dessous ** Degré alcoolique correspondant: 15 % * Degré alcoolique correspondant: 13,5 % Résultats - le degré alcoolique potentiel du moût a été baissé de 15 à 13,5 - Les analyses des autres constituants du moût montrent peu de différence entre les compositions du moût avant et après traitement. La qualité du 10 moût ne semble donc pas affectée par la diminution du degré alcoolique potentiel. - les sucres éliminés (concentré NF) correspondent à une perte de volume de moût égale à 9,2 % . Ces sucres peuvent être valorisés, ils représentent 46 kg pour les 1000 1 de moût traités. Il convient de noter que la forte augmentation de la teneur en potassium et en acide tartrique du concentré de NF lors du traitement peut provoquer une cristallisation de bitartrate de potassium qui peut gêner et limiter la concentration par NF, à cause du risque de bouchage des membranes de NF. Pour prévenir ce phénomène de cristallisation de sels tartriques, le procédé proposé préconise plusieurs techniques. On peut, par exemple, en fonction des réglementations locales sur les traitements ou sur les produits utilisables: - faire précipiter préventivement les sels de potassium en acidifiant, à 25 l'acide tartrique, le perméat UF et en le refroidissant. La séparation des cristaux peut se faire par un simple tamisage fin, par exemple avec un tamis 50,tm. - inhiber la cristallisation par ajout d'acide métatartrique ou de dérivés cellulosiques, carboxyméthylcellulose (CMC) par exemple, ou tout autre produit (ou association de produits) aux propriétés équivalentes. - limiter la cristallisation de sels en ajoutant un produit stabilisant colloïdal 5 type gomme arabique, gomme xanthane, ou tout autre produit (ou association de produits) aux propriétés équivalentes. - empêcher la cristallisation en ajoutant un produit gélifiant type gélatine, alginate, ou tout autre produit (ou association de produits) aux propriétés équivalentes. - appauvrir le perméat d'UF en ions K+ en le traitant par des résines échangeuses cationiques, ou par électrodialyse. Ces types de traitements sont bien connus de l'homme du métier. Les produits stabilisants ou/et gélifiants utilisés ne peuvent pas traverser la membrane de NF, ils sont donc concentrés dans le sirop de 15 sucre (concentré NF) éliminé. La présente invention à également pour objet, comme le montre de manière schématique la figure du dessin annexé, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend principalement 20 un module d'ultrafiltration UF sensiblement perméable aux sucres et un module de nanofiltration NF sensiblement imperméable aux sucres, montés en cascade, ainsi que des moyens pour le traitement du perméat d'ultrafiltration PUF en vue de l'élimination ou de la limitation au moins des phénomènes de cristallisation(s) ou de formation de troubles dans le rétentat 25 de nanofiltration RNF, le module d'ultrafiltration UF étant alimenté par des moyens de prélèvement de jus à traiter et les modules d'ultrafiltration UF et de nanofiltration NF étant pourvus de moyens de déversement, respectivement de concentré ou de rétentat d'ultrafiltration RUF et de perméat de nanofiltration PNF. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin annexé. Des modifications 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. REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction contrôlée de la teneur en sucres de jus de fruits, en particulier de jus de raisins, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une partie (PJO) au moins du jus de fruits originel, éventuellement préclarifié, à une ultrafiltration sélective sensiblement 5 perméable aux sucres, puis à une nanofiltration sélective sensiblement imperméable aux sucres, et à mélanger le perméat doublement filtré (PNF) avec le rétentat ou concentré de l'ultrafiltration (RUF) et, éventuellement, avec la partie du jus de fruits originel non traité (PJON) , le perméat d'ultrafiltration (PUF) étant soumis à un traitement en vue d'éliminer ou de 10 limiter les phénomènes de cristallisation(s) ou de formation de troubles dans le rétentat ou concentré de nano-filtration (RNF). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement les étapes consistant à: - prélever une partie (PJO) du jus originel, éventuellement préclarifié; - soumettre ladite partie de jus (PJO) prélevée à une ultrafiltration sélective générant un rétentat ou concentré (RUF) et un perméat (PUF), l'ultrafiltration mise en oeuvre étant sensiblement perméable aux sucres et fortement imperméable aux autres substances qualitatives du jus, en suspension et/ou dissoutes dans ce dernier; - soumettre le perméat d'ultrafiltration (PUF), après son traitement préventif contre les phénomènes de cristallisation(s) ou de formation de troubles, à une nanofiltration sélective générant un rétentat ou concentré (RNF) et un perméat (PNF), le moyen (NF) de nano-filtration mis en oeuvre étant fortement imperméable aux sucres et sensiblement perméable aux autres 25 substances qualitatives dissoutes du perméat d'ultrafiltration (PUF); - mélanger le rétentat ou concentré d'ultrafiltration (RUF) et le perrnéat de nanofiltration (PNF) à la partie du jus originel non prélevée (PJON), pour former un jus de fruits traité (JFT) à teneur en sucres réduite. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, 30 pour des types donnés de moyens d'ultrafiltration (UF) et de nanofiltration (NF), la quantité de sucres éliminée, et donc la réduction de sucres dans le jus de fruits après traitement, sont contrôlées par le réglage du volume de perméat d'ultrafiltration (PUF). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le traitement du perméat d'ultrafiltration (PUF) consiste en une étape opératoire choisie dans le groupe formé par: la précipitation préventive de l'un au moins des composés intervenant dans le 5 ou chaque phénomène de cristallisation(s) ou de formation de troubles par ajout contrôlé d'au moins une substance adaptée dans le perméat d'ultrafiltration (PUF) ; l'inhibition du ou des phénomène(s) de cristallisation(s) ou de formation de troubles par ajout contrôlé d'au moins une substance adaptée dans le perméat d'ultrafiltration (PUF) ; la limitation 10 du ou des phénomène(s) de cristallisation ou de formation de troubles concerné(s) par ajout contrôlé d'au moins un produit stabilisant dans le perméat d'ultrafiltration (PUF), l'empêchement de la ou des cristallisation(s) ou formation de troubles par ajout contrôlé d'au moins un produit gélifiant et l'appauvrissement, par exemple par traitement au moyen de résines 15 échangeuses d'ions ou par électrodialyse, du perméat d'ultrafiltration (PUF) par rapport à l'un au moins des composés intervenant dans le ou chaque phénomène de cristallisation ou de formation de troubles concerné. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit au moins un produit stabilisant ajouté au perméat d'ultrafiltration (PUF) est un 20 produit stabilisant colloïdal, tel que par exemple de l'acide métatartrique, un dérivé cellulosique, de la carboxyméthylcellulose, de la gomme arabique, de la gomme xanthane ou analogues. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit au moins un produit gélifiant ajouté au perméat d'ultrafiltration (PUF) est 25 choisi dans le groupe formé par les gélatines, les alginates et analogues. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre à une opération de traitement supplémentaire et/ou de conditionnement le concentré ou rétentat (RNF) provenant de l'opération de nanofiltration sélective. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est exécuté de manière continue, au moins deux des différentes phases opératoires étant effectuées de manière simultanée et le prélèvement étant réalisé pendant une durée déterminée. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 35 caractérisé en ce qu'il est exécuté de manière séquentielle, les différentes phases opératoires étant effectuées à la suite les unes des autres en étant appliquées à une partie du volume du jus originel prélevée en début du cycle opératoire du procédé. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un 5 module d'ultrafiltration (UF) sensiblement perméable aux sucres et un module de nanofiltration (NF) sensiblement imperméable aux sucres, montés en cascade, ainsi que des moyens pour le traitement du perméat d'ultrafiltration (PUF) en vue de l'élimination ou de la limitation au moins des phénomènes de cristallisation(s) ou de formation de troubles dans le 10 rétentat de nanofiltration (RNF), le module d'ultrafiltration (UF) étant alimenté par des moyens de prélèvement de jus à traiter et les modules d'ultrafiltration (UF) et de nanofiltration (NF) étant pourvus de moyens de déversement, respectivement de concentré ou de rétentat d'ultrafiltration (RUF) et de perméat de nanofiltration (PNF).