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La présente invention est relative à un procédé pour la conservation d'aliments liquides et se rapporte plus particulièrement à un procédé pour congeler le lait entier, des jus de fruits, la bière et des liquides analogues, sous une forme telle que, lorsqu'ils sont déconglés, ils reviennent à leur état initial.
Actuellement, la demande de lait entier est satisfaite, dans une localité donnée quelconque, par des laiteries situées dans un rayon relativement réduit autour de cette localité. Ceci est dû au fait que le lait et les aliments
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similaires constituent des produits hautement périssables et ne peuvent pas être transportés sous une forme liquide sur de longues distances, sauf à un prix prohibitif.
Il en résul- te que le lait doit être produit en quantité dans certaines régions où le coût de la production est évantuellement assez élevé, tandis que d'autres régions, où le lait peut être produit à un prix de revient beaucoup plus bas, sont forcées de limiter leu- production à celle requise pour satisfaire les besoins locaux. Les techniques modernes de réfrigération et les systèmes modernes pour le réglage de la température pendant la congélation, le stockage, le transport et la mise en vente au niveau du détaillant ont donné une impulsion aux expériences relatives à la congélation du lait et des produits similaires, et visant à résoudre les problèmes de l'offre et de la demande en ce qui concerne ces produits.
S'il est vrai que ces travaux ont fourni quelques resultats encoura- geants, il n'en reste pas moins que ceux-ci n'ont pas été entièrement satisfaisants.
Les procédés de congélation du lait que l'on a essayé à ce jour se sont montrés généralement inadéquats pour plu- sieurs raisons différentes. La plus importante de celles-ci réside dans la séparation de la graisse du lait d'avec l'eau lorsque le produit congelé est dácougélé, Le lait est consti- tué par une émulsion d'eau et de graisser or toutes les méthodes antérieures de congélation du lait, dont l'auteur de la présente a connaissance, entraînement une rupture plus ou moins marquée de l'émulsion lorsqu'on décongèle le produit congelé.
On a eu recours à divers types de précédés de congé- lation visant à éliminer cette difficulté,
Ainsi, dans un exemple, le lait. a été congelé sous la forme d'une pâte ou d'une boue, comme indiqué dans le brevet américain n 2.412.203, de Brunk@urst. Dans un autre exemple,
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, une masse entière de lait a été soumise à une congélation rapide de la manière indiquée dans le brevet américain
N 2.649.702 de Kellie.
Dans tous les procédés dont lenteur de la présente a connaissance)la congélation s'effectuait alors que le lait se présentait sous la forme d'une masse d'un film ou d'une couche liquides continues, le résultat étant dans chaque cas une certaine séparation de la graisse.
A côté du problème de la séparation de la graisse, les méthodes de congélation du lait et de sa conservation par le froid ont donné lieu à des effets préjudiciables en ce qui concerne la saveur et à une diminution- de la stabilité, ce. qui a entral- né à son tour une précipitation ou un relargage de la protéine,
Comme iL ressort de la présente invention, on a cons- taté qu'en utilisant un procédé de congélation inédit, il est possible de congeler le lait entier ou. concentré, de telle manière qu'il retourne à son état initial d'émulsion à la suite d'une décongélation, sans que se produisent, à un degré sensible, des effets préjudiciables en ce qui concerne la saveur, ni une diminution importante de leur stabilité.
Bien que l'on ait avancé ici une base théorique d'une explication du résultat favorable du procédé selon l'invention, il y a lieu de noter que ceci correspond uniquement à la meilleure connaissance que l'inventeur possède du phénomène en question et que, le procédé décrit ici; mis à part, la présente inven- tien ne doit pas être considérée comme étant limitée à une explication théorique particulière quelconque de la raison pour laquelle le procédé qui en fait l'objet a été couronné de succès, c'est-à-dire; fournit des résultats notablement supérieurs à ceux des procédés antérieurs.
On admet que la prévention de la rupture des globules de graisse du lait entier et, par conséquent) la prévention de la séparation ultérieure de la graisse lors de la décongé- lation, n'est pas simplement une question de la rapidité de
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la congélation, mais qu'elle est en relation avec la préven- tion de la formation de cristaux d'eau, même petits, dans le milieu., ce qui permet à ces cristaux de rompre les globules de graisse. On a constaté qu'il est non seulement nécessaire d'empêcher la production de grands cristaux d'eau, comme ceux qui se forment lorsqu'une masse de lait liquide est soumise à une congélation lente, mais aussi d'empêcher la production de cristaux, même petits, en contact intiae les uns avec les autres.
Si l'on peut faire en sorte que le lait entier se sépara en particules extrêmement petites au moment de la congélation, on obtient non seulement que les grands cristaux d'eau soient empêchée de se former, mais encore que les petits cristaux, qui se forment probablement, soient empêchée; quelle que soit leur petitesse, de rompre les globules de graisse, en les .com- primant contre les cristaux voisine:
.. Après que le lait a été congelé en particules extrêmement minimes, de cette nature, sans qu'il y ait eu rupture des particules de graisse, on peut le recueillir dans des récipients e oecomprimer en vue du stockage ou du transport dans des conditions de réfrigération, La grosseur des particules de lait au moment de la congélation, ainsi que leur position matérielle par rapport à d'autres particules, sont les facteurs qui déterminent si la décongé- lation du lait se fera à l'état d'émulsion ou à l'état de phases séparées. D'autre part, on a constaté que cette division des particules du lait doit dura extrêmement fine et doit même être inférieure à celle qui correspond aux flocons.
Des problèmes analogues se présentent en ce qui concerne la mise en vente de la. bière, en ce sens que l'on ne connait pas actuellement un procédé pour conserver la bière pendant une longue durée. Selon le procéda inédit faisant l'objet de la présente invention, ceci peut être désormais réaliséepermet- tant ainsi de transporter en vracde la bière congelée,sans
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remploi de récipients coûteux.
De la bière conservée sous eette forme convient particulièrement aux transports à longue, distance en masses importantes, cette bière pouvant être dé- congélée, mise en. bouteilles ou en bidons' après son arrivée, sans que sa durée de conservation normale s'en trouve affec- tée.De la bière sous une forme congelée peut aussi être vendue aux consommateurs domestiques individuels, capables d'entreposer de grandes quantités sous un volume réduit, dans des frigorifiques de ménage.
Partant de ce qui précède, le principal objet de la présente invention consiste à établir un procédé nouveau pour conserver des produits alimentaires liquides par congélation, procédé où les liquides retournent à leur état initial après décongélation.
Un autre objet de l'invention consiste à établir un nouveau procédé de conservation du lait entier, procédé dans lequel le lait est congelé sous une forme de particules extrê- moment petites, non confinées, ce lait étant ensuite emballé ou mis en boite en vue du stockage et du transport.
Un autre objet de la présente invention consiste à établir un nouveau procédé pour la conservation du lait entierj procédé dans lequel le lait est congelé sous la forme de par- ticules extrêmement minimes, chacune de ces particules étant écartée des autres particules.
Un autre objet de la présente invention consiste à établir un nouveau procédé pour conserver le lait entier, procédé dans lequel le lait est congelé sous la forme de particules extrêmement minimes et est ensuite mis sous pres- sion, afin d'expulser les gaz de l'intérieur du lait comprimé,
Ces objets et avantages de l'invention,ainsi que . d'autres,, seront mis en évidence en se reportant à la descrip- tion ci-après, aux revendications qui suivent et aux dessins annexés. Dans ces dessins
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La fig.1 est un schéma simplifié du procédé selon la présente invention.
La fig.2 est une représentation schématique d'un appa- reil' pour la mise en oeuvre du procédé, conformément à un mode de réalisation; et
La fig.3 est une représentation schématique d'un autre appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon un autre mode de réalisation de l'invention.
Selon la présente invention, le lait entier, soumis à la réfrigération requise pour éviter l'aigrissement ou l'altération, est pasteurisé et est ensuite mis sous pression à l'aide d'une pompe appropriée quelconque. En mettant le lait sous pression de cette ±non on peut réduire sa température au-dessous du point de congélation normal du lait non soumis à uhe pression, cela sans provoquer une congélation du lait.
La température du lait est ensuite ramenée à un point situé au-dessous de son point de congélation à la pression atmosphé- rique, le lait étant dirigé, dans cet état réfrigéré et sous pression, vers une chambre de réfrigération à très basse tem- pérature, au moyen d'une tuyère d'actomisation qui disperse le lait en un jet fin de particules extrêmement minimes.
La décompression et la basse température qui existent dans la chambre de réfrigération ont pour résultat urge congélation instantanée du lait, alors qu'il est suspendu dans le gaz contenu dans cette chambre de réfrigération. Etant donné que le lait se trouve à l'état de division extrême, et vu que chaque particule minuscule est séparée par un espace de gaz de chacune des autres particules minuscules, on obtient deux résultats, à savoir, premièrement, la formation de grands cristaux d'eau est empêchée et, deuxièmement, les petits cristaux, qui se forment probablement, sont empêchés de dé- truire les globules de graisse, étant donné qu'ils ne sont pas capables de comprimer ces globules contre d'autres cristaux
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solides.
Il est nécessaire que la tête d'atomisation produise des particules de liquide extrêmement petites, de préférence un brouillard ou un nuage dans le sens dans lequel ces termes sont employés dans l'industrie. Voir : Johnson et Auth @ "Fuels and Combustion Handbook"; 1951, pp 465-466. De préfé- rence, les particules de liquide devraient posséder un dia- mètre de 1/2 à 500 microns. Bien qu'il soit désirable que la majorité des particules se situent dans les limites de cette gamme de grosseurs, la présence d'un petit nombre de particules plus grandes n'exerce pas un effet préjudiciable marqué quelconque.
Les particules doivent se congeler en un laps de temps de 1/centième de seconde tout au plus après a- voir quitté la tuyère d'atomisation, leur vitesse à ce moment étant d'environ 100 miles par heure (161 km par heure). Les particules extrêmement petites de lait congelé descendent par gravité jusqu'au fond de la chambre réfrigérée et sont évacuées vers une autre chambre, laquelle est maintenue à une température inférieure au point de congélation du lait à la pression atmosphérique, de préférence à la même température à peu près que celle qui existe dans la chambre de réfrigéra- tien. Les particules sont désormais recueillies et introduites dans des récipients par n'importe quel procédé approprié.
La chambre d'atomisation réfrigérée est isolée vis-à- vis de l'atmosphère et contient soit de l'air stérilisé et réfrigéré, soit un gaz inerte tel que l'azote, l'hélium; etc.
La température de cette chambre est maintenue à une valeur qui détermine une congélation instantanée du liquide atomisé, de préférence entre -10 et -40 F (entre -23,3 C et -40 C).
On a obtenu une durée et une stabilité maxima du produit à une température de -20 F (-18,4 C).On a constaté qu'aux températures supérieures à -10 F, il était généralement diffi- cile de produire la congélation, rapide requise, compte tenu
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de la brève durée et de l'espace matériel disponibles, tandis que 'les températures inférieures à -40 F exercent des effets nuisibles sur le lait et entraînent une diminu- tion de la stabilité. Le gaz réfrigérant employé peut être ramené dans le système, de sorte que, même si ce gaz est relativement codteux, il n'en résulte pas une dépense exces- sive,vu qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser des volumes de gaz importants.
Le lait congelé pulvérisé, évacué de la chambre d'ato- misation réfrigérée, peut être avantageusement comprimée en briques ou. en blocs,. qui peuvent être emballés herméti- quement dans des cartons en papier huilée en vue de leur transport dans un état réfrigéré.
Conformément à un mode de réalisation particulièrement favorable de la présente invention, cette compression est exécutée jusqu'à un stade où tout le gaz est expulsé d'entre les particules congelées. Dans ces conditions, il n'existe pas de poches internes dans lesquelles l'air pourrait péné- trer, au risque d'abîmer le lait. Le lait ainsi emballé peut être stocké indéfiniment et peut évidemment être transporté sur des distances extrêmement longues, tant que l'on empêche sa décongélation. On conçoit évidemment qu'une fois le lait décongelé, sa récongélation aura pour effet une séparation @ des phases d'eau et de graisse. Le procédé de moulage en briques peut être exécuté par n'importe quel appareil con- nu, par exemple celui représenté dans le brevet américain n 663.502.
Bien que le procédé selon l'invention, tel qu'il vient d'être décrit, exige une réfrigération du lait au-dessous de son point de congélation à la pression atmosphérique, préala- blement à son atomisation, il est également envisagé d'omettre la réfrigération au-dessous de ce point spécifique et d'ato- miser le lait à létat refroidi, dans une chambre réfrigérante
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Dans ce cas, le lait est maintenu, préalablement à l'atomisa- tion, à une température supérieure à son point de congélation à la pression atmosphérique, cette température étant toute- fois suffisamment basse pour empêcher le lait de s'altérer..
Dans la fige 2, on a représenté une forme de réalisa- tion de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention et conformément à un premier mode d'exé- cution de cette dernière.Dans l'appareil montré dans cette figure, le lait - qui est à une température supérieure à la température de congélation, mais suffisamment réduite pour l'empêcher de se détériorer, par exemple une température de
40 F (4,5 C) environ - est amené à une pompe à pression 10, par laquelle le lait est soumis à une pression qui abaisse son point de congélation, par exemple une pression de 500 lbs.
par pouce carré (35,15 kg par cm2), Le lait soumis à cette pression élevée est introduit dans un réfrigérateur 12 où la température du lait est abaissée par un moyen de refroidisse- ment quelconque, par exemple un serpentin 14, jusqu'à une tem- pérature de quelques dixièmes d'un degré centigrade au-dessous du point de congélation du lait à la pression atmosphérique.
Le lait sous pressioh est ensuite projeté à travers une tuyère d'atomisation 16 vers une chambre d'atomisation réfri- gérée 18, sous la forme d'un brouillard ou d'un nuage de particules extrêmement petites. La température dans la chambre d'atomisation réfrigérée 18 est maintenue à une valeur de -10 à -40 F (de -23,3 à -40 C), de préférence au voisinage de -20 F (-28,9 C). Cette température peut être établie et main-. tenue par n'importe quel moyen approprié, par exemple, un serpentin de réfrigération 20 et un ventilateur de recyclage
22, qui fait circuler le gaz, contenu dans la chambre, autour r de la. chicane 24 et au contact du serpentin 020.
Les particules du brouillard de lait atomisé gèlent immédiatement dans la chambre d'atomisation réfrigérée, étant
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donné la basse température qui règne dans celle-ci, ainsi que grâce à la décompression, avec ceci que ces particules conge- lées descendent au fond par gravité, pour tomber dans la trémie 24a, située dans le fond de la chambre d'atomisation réfrigérée 18. La partie inférieure de cette trémie est encla- vée dans une autre chambre refroidie 26, qui est également maintenue à une température inférieure à celle du point de congélation du lait, de préférence à peu près égale à une température à celle qui existe dans la chambre réfrigérée.
Cette température peut être réalisée par n'importe quel moyen de refroidissement approprié, par exemple un serpentin 28.
Le lait entier pulvérisé et congelé, qui sort de l'embouchure 30 de la trémie 24a, est amené vers un mécanisme de moulage en briques approprié 32, qui peut être du même type que celui montré dans le brevet américain n 663.502, ce dispositif produisant des briques ou blocs de lait congelé 34, qui peu- vent être évacués vers une chambre réfrigée 26, par un moyen approprié quelconque, non représenté.
La pression de moulage des briques est appelée à expul- ser le gaz d'entre les particules de lait; elle peut être de l'ordre de 500 lbs, par pouce carré (35,15 kg par cm2). Les briques peuvent être empaquetées dans des cartons huilés ou de toute autre manière voulue. Alors que l'appareil représenté dans la fig.2 et décrit ici assure une réfrigération de pré- atomisation au-dessous du point de congélation atmosphérique du lait, on peut omettre cette réfrigération, le réfrigérateur 12 servant dans ce cas simplement à maintenir une température légèrement supérieure à ce point, soit, une température d'en-
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vïron33oF (-36,1 C).
Dans la fig.3, on a représenté une autre forme de réa- lisation de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention et conformément à un autre mode d'exécution de cette dernière. Comme montré dans cette figure,
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le lait est introduit dans un tuyau d'admission 36 qui traver., se un échangeur de chaleur 38 dont la température est contrô- lée d'une manière appropriée quelconque, un serpentin 40 par exemple. De là, le lait se rend vers l'entrée 42 d'une tête d'atomisation rotative 44 contenue dans un appareil 46 du type sécheur à pulvérisation.
La température dans le vase 46 est maintenue assez basse pour provoquer une congélation instan- tanée du liquide. Ceci peut être obtenu d'une manière appro- priée quelconque, par exemple à l'aide d'un serpentin de réfri gération 48 disposé dans un conduit 50 qui alimente le vase 46 en gaz à travers un-orifice d'entrée tangentiel 52. Un orifice d'évacuation de gaz est prévu au sommet du vase, en 54, cet orifice étant relié par un conduit 56 à un ventilateur 58, qui assure la circulation du gaz. La tête de pulvérisation 44, qui peut être d'un type courant quelconque, capable de produire un brouillard ou un nuage, est entraînée par n'importe quel moyen approprié;par exemple une poulie 60.
L'orifice de sortie 62 du vase 46 alimente un mécanisme de moulage de briques 64, entraîné à l'aide d'un excentrique
66, le tout étant enfermé dans une chambre 68 qui est main- tenue à une température inférieure à la température de congé- lation, par un moyen approprié quelconque, par exemple le serpentin 70. Les briques 72 sont retirées de la chambre 68 par un moyen approprié quelconque;non montré.
Dans ce mode d'exécution de la présente invention, le liquide en cours de congélation pénètre dans la zone froide du vase 46, alors qu'il se trouve encore dans le tube 42.
Comme il est- essentiel pour le procédé selon l'invention qu'il ne se produise aucune congélation du liquide tant que celui-ci n'a pas été dispersé sous la forme d'un brouillard ou d'un nuage,, l'échangeur de chaleur 38 sert à amener le liquide à une température suffisamment élevée pour empêcher la congéla- tion de ce liquide tant qu'il n'a pas été dispersé en fines
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gouttelettes par la tête de pulvérisation 44. Pour assurer le refroidissement du gaz 46, on peut employer n'importe quel gaz inerte approprié, par exemple 1'azote ou l'hélium et, dan les cas où le liquide en cours de congélation est carboné, on peut utiliser l'acide carbonique.
Après avoir été congelé, le lait doit être entreposé à des-températures toujours inférieures à -5 F (-20 C) mais de préférence de -10 F -40 F (de -23,3 à -40 C). Pour assurer une durée maximum, il convient de maintenir le lait congelé à une température approximativement égale à celle à laquelle il a été congelé. Le fait d'élever la température du produit congelé au-dessus de celle à laquelle cette congélation a eu lieu, - même lorsque la limite de température supérieure ne dépasse pas - 10 F(-23,3 C),exerce un effet préjudiciable sur.les qualités de conservation du produit. Une fois le lait décongelé, il doit être consommé rapidement, étant donné que la congélation n'exerce pas une action protectrice supérieure à celle obtenue dans l'entreposage à une basse température courante.
Le fait de maintenir le lait décongelé à une tempé- rature de 36 F (2,22 C) ne permet pas de conserver celui-ci pendant plus de quelques jours.
Dans le cas de la bière, l'opération d'atomisation li- bère généralement l'acide carbonique hors du liquide.Ceci peut cependant être corrigé à un stade ultérieur du procédé.
Une méthode pour assurer une saturation convenable en acide carbonique consiste à introduire les particules congelées et tassées dans des bidons, ou analogues, et à ajouter la quantité appropriée d'acide carbonique lors du scellement du bidon. Cet acide carbonique peut être ajouté sous une forme solide ou gazeuse, un espace approprié devant être prévu à cet effet dans la boite.
'
Une variante de ce procédé consiste à utiliser l'acide carbonique en qualité de gaz dans le vase 46 et à régler le
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@ mécanisme de moulage de briques 64 de telle façon que, après la formation de la brique, il subside des espacée libres autour des particules congelées. L'acide carbôniqué est em- prisonné dans ces espaces et, après la congélation, la bière se trouve être saturéé d'acide carbonique dans Une mesure appropriée,et convient à la consommation immédiate
Dans tous les lias envisagée, il est avantageux de pratiquer une décongélation relativement lente,
jusqu'à ce que l'on atteigne un point situé immédiatement au-dessous du point de congélation. Ceci empêche un@ recongélation éventuel- le des portions internes de la brique, dans le cas où la température ambiante viendrait brusquement à tomber.
La description se rapporte à du lait entier mais il est bien entendu, que l'invention couvre également la congéla- tion de lait partiellement concentré ou déshydraté. Le lait contient approximativement 92 % d'eau, et la conservation de grandes quantités de lait entier pose des problèmes sérieux, d'entreposage et de réfrigération.
Grâce à une distillation à basse température, sous vide, on peut éliminer une grande proportion de l'eau, environ 40% à 50%, sans altérer ou modi- fier le restant du lait, Ce lait partiellement concentré peut être ensuite congelé selon le procédé objet de l'invention; avec ceci que, lorsqu'on décongèle les particules, on peut ajouter de l'eau à celles-i, ce qui rétablit le lait dans son état de lait entier.
Il ressort de ce qui précède que la présente invention a permis d'établir un procédé pour la congélation du lait, procédé grâce auquel le lait peut être entreposé et, ulté- rieurement, décongélé jusqu'à un état qui correspond sensible, ment à son état initial, tout en conservant son goût et sa valeur nutritive initiaux. Le procédé a été décrit en parti- culier à propos du lait; ceci à été fait à titre d'exemple, ce procédé pouvant être appliqué à des liquides autres que
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le lait, par exemple, des émulsions de toute espèce, la bière, les j us de fruits, et liquides analogues. Le procédé convient également à la production d'un nouveau type de crème à la glace d'une consistance légère.
Bien que l'on ait repré- senté certains appareils spécifiques pour la mise en oeuvre du procédé, il est bien entendu que l'on peut employer d'au- tres appareils et que ceux qui ont été représentés l'ont été uniquement dans un but de démonstration, mais non de limita- tion.Ainsi, le vase à froid a été décrit comme contenant un gaz en circulation; on peut cependant faire fonctionner ce vase sous vide-.
REVENDICATIONS.
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1 - Procédé pour conserver un liquide, caractérisé par les dispositions qui consistent : à atomiser ledit liquide en particules minuscules espacées, dans une chambre réfrigérée, de manière à provoquer une congélation rapide de ces parti- cules, alors que celles-ci sont espacées'les unes des autres, et à empaqueter lesdites particules congelées, à une tempé- rature inférieure au point de congélation du liquide en question.
2 - Procédé pour conserver un liquide,caractérisé par les dispositions qui consistent :à réfrigérer une chambre à une température inférieure au point de congélation du liquide considérée; à atomiser ce liquide dans cette chambre, sous la forme de minuscules particules espacées, qui se congèlent alors qu'elles sont espacées les unes des autres; et à empa- queter les particules congelées susdites, à une température inférieure au point de congélation du liquide précité.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates to a process for the preservation of liquid foods and relates more particularly to a process for freezing whole milk, fruit juices, beer and similar liquids, in a form such that, when they are are thawed, they return to their initial state.
Currently, the demand for whole milk is met, in any given locality, by dairies located in a relatively small radius around that locality. This is due to the fact that milk and food
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Similar products are highly perishable and cannot be transported in liquid form over long distances except at a prohibitive price.
As a result, milk must be produced in quantity in certain regions where the cost of production is possibly quite high, while other regions, where milk can be produced at a much lower cost price, are forced to limit their production to that required to meet local needs. Modern refrigeration techniques and modern systems for temperature control during freezing, storage, transport and sale at the retail level have given impetus to experiments relating to the freezing of milk and similar products, and aimed at solving the problems of supply and demand for these products.
While it is true that this work has produced some encouraging results, the fact remains that they have not been entirely satisfactory.
The methods of freezing milk which have been tried to date have been generally shown to be inadequate for a number of different reasons. The most important of these lies in the separation of the fat of the milk from the water when the frozen product is cocougélé, The milk is constituted by an emulsion of water and grease or all the previous methods of freezing of milk, of which the author of the present is aware, causes a more or less marked rupture of the emulsion when the frozen product is thawed.
Various types of freezing procedures have been used to eliminate this difficulty,
So, in one example, milk. has been frozen as a paste or slurry, as disclosed in U.S. Patent No. 2,412,203, to Brunk @ urst. In another example,
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, an entire mass of milk was subjected to rapid freezing as described in the US patent
Kellie No. 2,649,702.
In all the processes of which the present time is slow) freezing took place while the milk was in the form of a mass of a continuous liquid film or layer, the result being in each case a certain fat separation.
Beside the problem of fat separation, the methods of freezing milk and keeping it cold have given rise to detrimental effects with regard to flavor and decreased stability. which in turn led to precipitation or release of the protein,
As is apparent from the present invention, it has been found that by using a novel freezing process, it is possible to freeze whole milk or. concentrated, in such a way that it returns to its initial state of emulsion following thawing, without producing, to any appreciable degree, any detrimental effects as regards the flavor, nor a significant decrease in their stability.
Although a theoretical basis has been put forward here for an explanation of the favorable result of the process according to the invention, it should be noted that this corresponds only to the best knowledge that the inventor has of the phenomenon in question and that , the method described here; Apart from this, the present invention is not to be construed as being limited to any particular theoretical explanation of why the process which is the subject of it has been successful, ie; provides significantly better results than previous methods.
It is recognized that the prevention of the breakdown of the fat globules of whole milk and, therefore) the prevention of the subsequent separation of the fat during thawing, is not simply a question of the speed of
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freezing, but that it is related to the prevention of the formation of water crystals, even small, in the medium, which allows these crystals to break up the fat globules. It has been found that it is not only necessary to prevent the production of large water crystals, such as those formed when a mass of liquid milk is subjected to slow freezing, but also to prevent the production of crystals. , even small ones, in intiae contact with each other.
If we can get whole milk to separate into extremely small particles at the time of freezing, not only are the large water crystals prevented from forming, but also the small crystals, which are probably form, be prevented; whatever their smallness, to break up the fat globules, compressing them against the neighboring crystals:
.. After the milk has been frozen into extremely small particles of this nature without breaking up the fat particles, it can be collected in containers to be compressed for storage or transport under conditions. The size of the milk particles at the time of freezing, as well as their physical position in relation to other particles, are the factors which determine whether the defrosting of the milk will take place in the form of an emulsion or in the state of separate phases. On the other hand, it has been found that this division of the particles of milk must last extremely fine and must even be less than that which corresponds to the flakes.
Similar problems arise with regard to the sale of the. beer, in the sense that we do not currently know a process for storing beer for a long time. According to the novel process which is the object of the present invention, this can now be carried out thus permitting bulk transport of frozen beer, without
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re-use of expensive containers.
Beer stored in this form is particularly suitable for long-distance transport in large masses, this beer being able to be defrosted, put into. bottles or cans' after arrival, without affecting its normal shelf life. Beer in frozen form can also be sold to individual domestic consumers, able to store large quantities in a volume reduced, in household refrigerators.
Proceeding from the above, the main object of the present invention is to establish a new method for preserving liquid food products by freezing, whereby the liquids return to their initial state after thawing.
Another object of the invention is to establish a new process for preserving whole milk, in which process the milk is frozen in the form of extremely small, unconfined particles, this milk then being packaged or canned for viewing. storage and transport.
Another object of the present invention is to provide a new process for the preservation of whole milk. Process in which the milk is frozen in the form of extremely small particles, each of these particles being separated from the other particles.
Another object of the present invention is to establish a new process for preserving whole milk, in which process the milk is frozen in the form of extremely small particles and is then pressurized, in order to expel the gases from the milk. 'inside the compressed milk,
These objects and advantages of the invention, as well as. others will become apparent by reference to the following description, the following claims and the accompanying drawings. In these drawings
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FIG. 1 is a simplified diagram of the method according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic representation of an apparatus for carrying out the method, in accordance with one embodiment; and
FIG. 3 is a schematic representation of another apparatus for implementing the method according to another embodiment of the invention.
In accordance with the present invention, whole milk, subjected to the refrigeration required to avoid souring or spoilage, is pasteurized and is then pressurized using any suitable pump. By putting the milk under pressure to this ± no, its temperature can be reduced below the normal freezing point of unpressurized milk, without causing freezing of the milk.
The temperature of the milk is then brought back to a point below its freezing point at atmospheric pressure, the milk being directed, in this refrigerated state and under pressure, to a very low temperature refrigeration chamber. , by means of an actuator nozzle which disperses the milk in a fine jet of extremely small particles.
The decompression and low temperature that exist in the refrigeration chamber results in the instant freezing of the milk, while it is suspended in the gas contained in this refrigeration chamber. Since milk is in the state of extreme division, and since each tiny particle is separated by a gas space from each of the other tiny particles, two results are obtained, namely, firstly, the formation of large crystals water is prevented and, secondly, the small crystals, which probably form, are prevented from destroying the fat globules, since they are not able to compress these globules against other crystals
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solid.
It is necessary for the atomizing head to produce extremely small liquid particles, preferably a mist or cloud in the sense in which these terms are used in the industry. See: Johnson and Auth @ "Fuels and Combustion Handbook"; 1951, pp 465-466. Preferably, the liquid particles should have a diameter of 1/2 to 500 microns. While it is desirable that the majority of the particles fall within this size range, the presence of a small number of larger particles does not exert any marked detrimental effect.
The particles should freeze within 1 / hundredth of a second at most after leaving the atomizing nozzle, their speed at this time being about 100 miles per hour (161 km per hour). The extremely small particles of frozen milk descend by gravity to the bottom of the refrigerated chamber and are discharged to another chamber, which is maintained at a temperature below the freezing point of milk at atmospheric pressure, preferably at the same temperature. more or less than that which exists in the refrigeration chamber. The particles are now collected and introduced into containers by any suitable method.
The refrigerated atomization chamber is isolated from the atmosphere and contains either sterilized and refrigerated air, or an inert gas such as nitrogen or helium; etc.
The temperature of this chamber is maintained at a value which determines instant freezing of the atomized liquid, preferably between -10 and -40 F (between -23.3 C and -40 C).
Maximum product life and stability was obtained at -20 F (-18.4 C). It was found that at temperatures above -10 F it was generally difficult to freeze, fast required, given
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the short time and material space available, while temperatures below -40 ° F have deleterious effects on milk and lead to decreased stability. The refrigerant gas employed can be returned to the system, so that, although this gas is relatively expensive, it does not result in excessive expenditure, since it is not necessary to use volumes of. important gases.
The pulverized frozen milk discharged from the refrigerated atomization chamber can advantageously be compressed into bricks or. in blocks ,. which may be sealed in oiled paper cartons for transport in a refrigerated condition.
In accordance with a particularly favorable embodiment of the present invention, this compression is carried out to a stage where all gas is expelled from between the frozen particles. Under these conditions, there are no internal pockets in which air could enter, at the risk of damaging the milk. Milk packaged in this way can be stored indefinitely and can obviously be transported extremely long distances, as long as thawing is prevented. Obviously, once the milk has thawed, its re-freezing will have the effect of separating the water and fat phases. The brick molding process can be performed by any known apparatus, for example that shown in US Patent No. 663,502.
Although the process according to the invention, as just described, requires refrigeration of the milk below its freezing point at atmospheric pressure, prior to its atomization, it is also envisaged to omit refrigeration below this specific point and atomize the milk in the cooled state, in a refrigerating chamber
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In this case, the milk is maintained, prior to atomization, at a temperature above its freezing point at atmospheric pressure, this temperature being however low enough to prevent the milk from spoiling.
In Fig. 2, there is shown an embodiment of the apparatus for carrying out the method according to the present invention and in accordance with a first embodiment of the latter. this figure, milk - which is at a temperature above freezing temperature, but reduced enough to prevent it from deteriorating, for example a temperature of
40 F (4.5 C) approximately - is fed to a pressure pump 10, by which the milk is subjected to a pressure which lowers its freezing point, for example a pressure of 500 lbs.
per square inch (35.15 kg per cm2). The milk subjected to this high pressure is introduced into a refrigerator 12 where the temperature of the milk is lowered by some cooling means, for example a coil 14, to a temperature a few tenths of a degree centigrade below the freezing point of milk at atmospheric pressure.
The pressurized milk is then projected through an atomizing nozzle 16 to a refrigerated atomizing chamber 18, in the form of a mist or cloud of extremely small particles. The temperature in the refrigerated atomization chamber 18 is maintained at a value of -10 to -40 F (-23.3 to -40 C), preferably in the vicinity of -20 F (-28.9 C). This temperature can be set and main-. held by any suitable means, for example, a refrigeration coil 20 and a recycling fan
22, which circulates the gas, contained in the chamber, around the. baffle 24 and in contact with coil 020.
The particles of the atomized milk mist immediately freeze in the refrigerated atomization chamber, being
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given the low temperature which reigns therein, as well as thanks to the decompression, with the fact that these frozen particles descend to the bottom by gravity, to fall into the hopper 24a, located in the bottom of the refrigerated atomization chamber 18. The lower part of this hopper is enclosed in a further cooled chamber 26, which is also maintained at a temperature below that of the freezing point of milk, preferably about the same temperature as that which exists in the refrigerated chamber.
This temperature can be achieved by any suitable cooling means, for example a coil 28.
The pulverized and frozen whole milk, which exits the mouth 30 of the hopper 24a, is conveyed to a suitable brick molding mechanism 32, which may be of the same type as that shown in U.S. Patent No. 663,502, which device produces bricks or blocks of frozen milk 34, which can be discharged to a refrigerated chamber 26 by any suitable means, not shown.
The brick molding pressure is called upon to expel the gas from between the milk particles; it can be of the order of 500 lbs, per square inch (35.15 kg per cm2). The bricks can be packed in oiled cartons or in any other way desired. While the apparatus shown in Fig. 2 and described here provides pre-atomization refrigeration below the atmospheric freezing point of milk, this refrigeration can be omitted, the refrigerator 12 serving in this case simply to maintain a temperature. slightly higher than this point, i.e. a temperature of
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viron33oF (-36.1 C).
FIG. 3 shows another embodiment of the apparatus for implementing the method according to the present invention and in accordance with another embodiment of the latter. As shown in this figure,
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the milk is introduced into an inlet pipe 36 which passes through a heat exchanger 38 the temperature of which is controlled in some suitable manner, a coil 40 for example. From there, the milk goes to the inlet 42 of a rotating atomizing head 44 contained in an apparatus 46 of the spray dryer type.
The temperature in vessel 46 is kept low enough to cause instant freezing of the liquid. This can be achieved in any suitable manner, for example by means of a refrigeration coil 48 disposed in a conduit 50 which supplies the vessel 46 with gas through a tangential inlet port 52. A gas discharge orifice is provided at the top of the vessel, at 54, this orifice being connected by a duct 56 to a fan 58, which ensures the circulation of the gas. The spray head 44, which may be of any common type capable of producing a mist or a cloud, is driven by any suitable means; for example a pulley 60.
The outlet 62 of the vessel 46 feeds a brick molding mechanism 64, driven by means of an eccentric
66, the whole being enclosed in a chamber 68 which is maintained at a temperature below the freezing temperature, by any suitable means, for example the coil 70. The bricks 72 are withdrawn from the chamber 68 by a any suitable means; not shown.
In this embodiment of the present invention, the liquid being frozen enters the cold zone of the vessel 46, while it is still in the tube 42.
As it is essential for the process according to the invention that no freezing of the liquid occurs as long as the latter has not been dispersed in the form of a mist or a cloud, the exchanger heat 38 serves to bring the liquid to a sufficiently high temperature to prevent freezing of this liquid until it has been dispersed into fines
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droplets from the spray head 44. To provide cooling of the gas 46, any suitable inert gas may be employed, for example nitrogen or helium and, in cases where the liquid being frozen is carbonaceous. , carbonic acid can be used.
After being frozen, milk should be stored at temperatures always below -5 F (-20 C) but preferably -10 F -40 F (-23.3 to -40 C). To ensure maximum duration, frozen milk should be kept at a temperature approximately the same as that at which it was frozen. Raising the temperature of the frozen product above that at which this freezing took place - even when the upper temperature limit does not exceed - 10 F (-23.3 C), has a detrimental effect on .the preservation qualities of the product. Once the milk is thawed, it should be consumed quickly, since freezing does not exert a protective action greater than that obtained in storage at ordinary low temperature.
Keeping thawed milk at 36 F (2.22 C) will not keep it for more than a few days.
In the case of beer, the atomization process usually releases the carbonic acid out of the liquid, but this can be corrected at a later stage in the process.
One method of ensuring proper saturation with carbonic acid is to introduce the frozen and packed particles into cans, or the like, and add the appropriate amount of carbonic acid when sealing the can. This carbonic acid can be added in solid or gaseous form, a suitable space to be provided for this purpose in the box.
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A variant of this process consists in using carbonic acid as a gas in the vessel 46 and in adjusting the
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@ brick molding mechanism 64 such that, after the brick is formed, there are free spaces around the frozen particles. The carbonic acid is trapped in these spaces and, after freezing, the beer is found to be saturated with carbonic acid to an appropriate extent, and is suitable for immediate consumption
In all the lias envisaged, it is advantageous to practice a relatively slow thawing,
until a point immediately below the freezing point is reached. This prevents possible refreezing of the internal portions of the brick, in the event that the ambient temperature suddenly drops.
The description relates to whole milk, but it is understood that the invention also covers the freezing of partially concentrated or dehydrated milk. Milk contains approximately 92% water, and there are serious problems with storing large quantities of whole milk, both in storage and refrigeration.
By distillation at low temperature, under vacuum, a large proportion of the water, about 40% to 50%, can be removed without altering or modifying the rest of the milk. This partially condensed milk can then be frozen according to the method of the invention; whereby, when the particles are thawed, water can be added to them, which restores the milk to its whole milk state.
It emerges from the foregoing that the present invention has made it possible to establish a process for freezing milk, a process by which the milk can be stored and subsequently thawed to a state which substantially corresponds to its condition. initial state, while retaining its original taste and nutritional value. The process has been described in particular in connection with milk; this was done by way of example, this process being able to be applied to liquids other than
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milk, for example, emulsions of all kinds, beer, fruit juices, and the like. The process is also suitable for the production of a new type of ice cream with a light consistency.
Although certain specific devices have been shown for carrying out the process, it is understood that other devices can be used and that those which have been shown have only been used in a specific manner. Purpose of demonstration, but not of limitation. Thus, the cold vessel has been described as containing a circulating gas; however, this vessel can be operated under vacuum.
CLAIMS.
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1 - A method for preserving a liquid, characterized by the arrangements which consist of: atomizing said liquid into tiny spaced particles, in a refrigerated chamber, so as to cause rapid freezing of these particles, while they are spaced apart. from each other, and packaging said frozen particles, at a temperature below the freezing point of the liquid in question.
2 - A method for preserving a liquid, characterized by the arrangements which consist of: refrigerating a chamber to a temperature below the freezing point of the liquid considered; atomizing this liquid in this chamber, in the form of tiny, spaced particles, which freeze as they are spaced apart from each other; and packaging the above frozen particles at a temperature below the freezing point of the above liquid.
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