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La présente invention concerne des produits à base de café et des procédés de fabrication de ces produits. En particulier, l'invention concerne un extrait de café concentré et un nouveau procédé de fabrication de cet extrait.
On savait jusqu'ici fabriquer des produits commercialement connus sous le nom de "café instantané". Ces produits sont fabriqués sous forme d'une poudre concentrée ou d'une matière granuleuse comprenant les particules solides -solubles dans l'eau, obtenues à partir d'un extrait aqueux. A de légères modi- fications près, le processus général pour fabriquer ces produits appelés "café instantané" consistait à : a) griller ou rôtir des grains de café brut, d'une manière connue, de façon à faire ressortir les caractéristiques d'arôme, de saveur et de colo- ration du café ; b) enlever les particules solides, solubles dans l'eau, des grains ou de la mouture grillés par extraction aqueuse, et c) concentrer l'extrait par un procédé quelconque.
Le concentré solide obtenu par ce processus est utilisé par le con- sommateur pour préparer une boisson à base de café, généralement par adjonction d'eau.chaude à une quantité convenable d'extrait.
On notera que le but de la préparation d'un café instantané est d' éliminer les opérations usuelles intervenant dans la préparation d'un café, c' est-à-dire de préparer directement la boisson en faisant agir sur du café grillé moulu la quantité d'eau chaude qui convient pour la "force" du café que l'on souhaite obtenir. La préparation à partir de "café instantané" est évidemment plus simple et évite la nécessité de disposer de café moulu, ce qui est une sujétion pour de nombreux consommateurs.
Dans la fabrication de "café instantané" décrite plus haut, l'ex- traction de particules solides solubles dans l'eau à partir de café grillé est réalisée à peu près de la façon suivante : a) une solution aqueuse, plus ou moins concentrée, de particules solubles contenues dans le,-café grillé est préparée par un procédé de filtrage, l'opération s'effectuant à des températures variables; b) cette solution aqueuse est ensuite concentrée par évaporation ou congélation en prenant soin de conserver les caractéristiques de saveur et d'arôme à la solution concentrée, dont la concentration peut varier en fonction de la demande de la clientèle; c) l'extrait est finalement déshydraté si l'on désire l'amener à 1' état sec et solide.
Il y a peu de difficultés à obtenir un extrait de café sous forme liquide ou sèche qui soit soluble dans l'eau chaude et qui contienne également les matières colorantes et les composants généraux existant dans du café pré- paré directement à partir de grains de café grillés.
Les problèmes et difficultés réelles apparaissent en fonction de la préservation des caractéristiques de saveur et d'arôme d'un café fait chez soi dans l'extrait de café défini plus haut. Il est évident que si cette saveur et cet arôme n'existent pas dans l'extrait lui-même, ils n'existeraient pas égale- ment dans la boisson préparée par adjonction d'eau chaude.
Il est bien connu que le grain de café ne possède pas, dans son état brut, la saveur, l'arôme ou la couleur du grain de café grillé ou rôti qui est vendu au consommateur. C'est seulement lors de l'opération de grillage qui la saveur, l'arôme et la couleur sont mises en évidence. Pendant ce traitement qui s'effectue à température élevée, il s'effectue apparemment une série de réactions chimiques complexes telles une oxydation, une réduction, une polymérisation et
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une décomposition par pyrolyse et partiellement peut être une distillation des- tructive. A la suite de cette opération de grillage, la structure chimique et les constituants du grain de café ont été modifiés de façon telle que la saveur, 1' arôme et la couleur souhaités sont alors présentes.
Ces substances sont cependant très volatiles et sont fortement sensibles à la chaleur et aux procédés de con- centration. En conséquence, il est nécessiare de contrôler de façon très étroite le processus opératoire lors du grillage du café. Puisque des grains provenant de contrées et d'arbres différents peuvent avoir un comportement très variable lors du grillage, cette opération nécessite la surveillance d'un grilleur de ca- fé qualifié dont le jugement, étayé par l'expérience, permet de déterminer lors- que le grillage optimum d'un lot donné de grains de café est réalisé.
Evidemment, le caractère délicat, défini plus haut, des constituants donnant la saveur et l'arôme permet de penser que, lorsque l'extrait aqueux obtenu à partir des grains de café grillés est soumis aux procédés de concentra- tion et de déshydratation, une proportion élevée de ces constituants sera perdue.
En particulier, on doit éviter des températures élevées pendant les opérations de concentration et ceci nécessite l'emploi d'un équipement de con- centration sous vide poussé, qui est coûteux. Dans certains cas, il s'est avéré nécessaire d'opérer en présence de gaz inertes.
Pour éliminer 'les problèmes soulevés par les techniques faisant in- tervenir des températures élevées et le vide, on a adopté des techniques fai- sant appel au froid pour séparer l'eau, sous forme solide, de la solution dési- rée. Mais ceci nécessite un équipement réfrigérateur compliqué et coûteux.
D'autres essais ont été effectués pour éliminer la perte inconve- nante de saveur et d'arôme. Par exemple, on a ajouté à l'extrait des hydrates de carbone solubles afin de "lier" les constituants désirés. Mais ces substan- ces d'addition se retrouvaient nécessairement dans le breuvage final et pouvaient constituer une adjonction désagréable pour certains marchés et certains usages.
Dans d'autres cas, les grains de café grillés ont été soumis à une première ex- traction pour enlever les constituants contenant la saveur et l'arôme. Cet ex- trait primaire est ensuite ajouté au produit final dans les dernières opérations de fabrication, l'essai concernant cette technique ayant été exécuté de façon à obtenir un extrait ne contenant que le reliquat soluble qui constitue l'élément de base du café.
En fonction des difficultés citées plus haut, qui entraînent des pertes des constituants volatils pendant l'opération de concentration, on a é- galement effectué des essais d'extraction à partir de grains de café moulus.
Dans cette technique, seul l'extrait est, après concentration, chauffé ou gril- lé pour faire ressortir l'arôme, la saveur ou la couleur. Alors que, théorique- ment, une technique de ce genre élimine les pertes en constituants souhaitables mentionnés plus haut, les caractéristiques particulières de l'extrait vert con- viennent à une mise en pratique de cette technique. Cet extrait devient épais et visqueux à la température de grillage et même des procédés comme le chauffage diélectrique à haute fréquence et le rayonnement infra-rouge se sont révélés incapables d'assurer l'échauffement uniforme qui est nécessaire pendant l'opé- ration de grillage pour donner un produit ayant les caractéristiques désirées.
Puisqu'il est presque impossible d'effectuer une agitation, les techniques ha- bituelles de chauffe donnent lieu à des parties brûlées et carbonisées qui dans l'ensemble du mélange sont mêlées à des parties non grillées.
L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un extrait de café sec concentré, procédé caractérisé par ce qu'on soumet les grains de café vert à un traitement à une température inférieure à la température de grillage, on les met sous forme de poudre, on en extrait les matières solubles dans 1' eau, on concentre et sèche cet extrait aqueux qu'on soumet finalement à la tem- pérature de grillage, procédé permettant de conserver à l'extrait sec toute la saveur et l'arôme du café naturel.
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On conserve l'extrait défini plus haut à l'état fluide à la tempé- rature de grillage, de façon à permettre un contrôle convenable de l'échange de chaleur dans le mélange.
On exécute le grillage de l'extrait sous une pression positive de façon à empêcher l'eau d'origine de s'échapper de l'extrait liquide.
Dans la pratique d'application de fabrication d'un extrait de café grillé on pré-conditionne des grains de café brut à une température convenable inférieure à la température de grillage, on soumet à une extraction par l'eau les grains de café pré-conditionnés, on concentre l'extrait, puis on soumet celui- ci à une température de grillage pour obtenir les constituants donnant les carac- téristiques de saveur et d'arôme à l'extrait de café grillé.
Dans une forme d'application du procédé, le grillage est effectué en présence d'oxygène.
Les grains de café sont pré-conditionnés par chauffage à une tempé- rature inférieure à la température de grillage pendant une période de temps suffi- sante pour coaguler et rendre insplubles les protéines, albumines, gommes, ré- sines, etc... solubles dans l'eau.
En particulier la présence de protéine dans le produit final conduit à un dépôt résiduel insoluble dans la boisson finale. Ceci est évidemment fâcheux pour de nombreux clients. L'invention comporte un stade opératoire permettant de rendre les protéines insolubles dans l'eau en soumettant les particules exemp- tes d'huile à des températures de coagulation et d'insolubilisation supérieures à celles qui sont nécessaire pour "pré-conditionner" les grains de café et pen- dant une plus longue période de temps.
En opérant de cette manière, on rendra également insolubles des sub- stances végétales acres, qui sont aussi inconvenantes, et qui existent dans les grains bruts.
Par suite, les opérations de coagulation et d'insolubilisation agis- sent de façon à éliminer efficacement de l'extrait, les matières insolubles dans l'eau avant qu'il soit traité ultérieurement avec de l'eau pour donner une bois- son. De plus, le procédé selon l'invention élimine en général les matières végé- tales pouvant devenir insolubles à chaud et qui autrement seraient entraînées avec les particules solides solubles dans l'eau que l'on désire retenir ; dans cette description, l'expression "matière végétale pouvant devenir insoluble à chaud" est employée en fonction des protéines, albumines, gommes, résines etc... mentionnées plus haut et de matières végétales âcres.
D'une manière surprenante, le stade opératoire de pré conditionnement permet d'effectuer l'opération de grillage sur des extraits liquides concentrés sans rencontrer les inconvénients annulant l'effet de l'opération et qui survien- nent comme on l'a dit plus haut, avec un extrait préparé à partir de grains bruts non conditionnés. De plus, l'opération de grillage effectuée à ce dernier stade du procédé permet de rétenir les constituants souhaités dans le produit vendu.
L'invention concerne en outre un extrait de café en poudre, fortement concentré et à forte saveur, soluble dans l'eau comportant un extrait aqueux con- centré et grillé de particules solubles dans l'eau provenant de grains de café bruts pré-conditionnés dans lequel les saveurs et arômes ont été mis en évidence pendant le grillage de cet extrait aqueux concentré, extràit conforme à celui obtenu par le procédé ci-dessus ou procédé similaire.
L'invention s'étend également aux caractéristiques résultant de la description ci-après et des dessins annexés ainsi qu'à leurs combinaisons possi- bles.
La description se rapporte à des modes de réalisation représentés dans les croquis ci-joints par des schémas d'installation et les appareils à employer
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pour mettre en pratique l'invention.
- la figure 1 est un schéma explicitant le procédé employé pour met- tre en pratique la présente invention; - la figure 2 met en évidence une variante du procédé; - la figure 3 est une coupe d'un échangeur de chaleur qui peut être utilisé en marche continue et dans lequel l'extrait fluide se déplace par gravi- té vers l'orifice de sortie sous forme d'un film passant sur les surfaces échauf- fées du grilloir; - la figure 4 est une coupe longitudinale représentant une autre forme d'appareil qui permet de mettre en application le procédé en marche continue; - la figure 5 est une coupe transversale, suivant la ligne 5-5, de l'appareil représenté sur la figure 4;
- la figure 6 est un schéma d'installation concernant une autre réa- lisation de l'invention, qui fonctionne également de façon continue et dans la- quelle le produit final est obtenu à l'état sec par grillage et séchage simul- tanés.
L'opération de pré-conditionnement de la présente invention consiste en un traitement thermique à température élevée inférieure à la température de grillage. Comme on l'a décrit plus haut, les conditions pratiques de grillage d'un grain de café de la manière habituelle varient avec les caractéristiques des grains particuliers à traiter. Les conditions de grillage, à savoir le temps et la température, varient en fonction de l'origine des grains, des résultats sou- haités concernant la couleur, la saveur et l'arôme et du degré de grillage cor- respondant aux goûts du consommateur.
Les mêmes considérations s'appliquent à l'opération de préconditionne- ment selon l'invention. Le but de cette opération est de coaguler et d'insolubi- liser les matières végétales qu'il est souhaitable, ainsi qu'on l'a dit plus haut, d'éliminer de l'extrait liquide aqueux. De plus, ce stade opératoire per- met d'éliminer les substances âcres ou toutes autres substances indésirables.
La température utilisée pendant l'opération de pré-conditionnement sera aussi élevée que possible, sans nuire cependant aux caractéristiques de sa- veur et d'arôme du café grillé. Dans ce but, une charge de 250 kilos, par exemple, de grains bruts ou verts est introduite dans un grilloir courant. On chauffe de . façon modérée, jusqu'à ce que les grains aient perdu leur humidité et que la tem- pérature de la masse ait atteint 75 à 80 c environ. A ce moment, la chauffe est progressivement accrue jusqu'à ce que la température de la masse atteigne 120 - 125 C, cette opération nécessitant'12 à 14 minutes environ. D'une manière typique, la masse est alors maintenue à cette température pendant 4 à 6 minutes environ.
Puis on continue ensuite à échauffer lentement la masse jusqu'à ce que l'on puisse déceler l'odeur de café grillé. On observera également à ce moment une lé- gère ondulation des grains. Cette opération finale prendra environ 3 à 5 minutes et termine le traitement de pré-conditionnement. La matière est ensuite rapide- ment déchargée du grilloir et rapidement refroidie par ventilation ou trempe.
Il est évidemment possible d'effectuer le traitement de pré-condi- tionnement en augmentant progressivement l'échauffement pendant toute la durée de la période de temps définie plus haut à condition que la chaleur fournie puis- se être réglée de façon précise de façon que la température de grillage ne soit pas dépassée. Il est clair, également, qu'il est souhaitable de pouvoir remuer ou agiter la masse de grains dans le grilloir de façon à obtenir un échauffement uniforme.
Il est à remarquer que les conditions spécifiques qui viennent d' être mentionnées peuvent considérablement varier en fonction des différentes va- riétés de grains de café et des quantités, comme on l'a dit plus haut. En consé-
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quence, ces facteurs doivent plut8t être considérés à titre d'exemples plutôt que comme des valeurs fixes ou critiques..Les caractéristiques importantes de ce procédé résident dans l'augmentation de température relativement lente des grains et dans lé maintien'', de la température en dessous d'une température de grillage.' Le grilleur de café., expérimenté et formé, se rendra parfaitement compte de la fin de l'opération. En général,
la température minima de pré-conditionnement sera supérieure à 65 c A la fin de l'opération de pré-conditionnement et de l'opé- ration de refroidissement mentionnée plus haut, les grains pré-conditionnés sont ensuite moulus ou réduits en poudre ou écrasés de la manière qui convient le mieux pour le processus ultérieur d'extraction aqueuse. L'opération de broyage ou d'écrasement peut être réalisée de la façon courante. La présente invention fait également intervenir une augmentation du pourcentage de particules solides de café dans l'extrait grillé grâce à une opération d'hydrolyse qui est réalisée à ce moment. Avec cette technique, on peut rendre soluble de l'hémi-cellulose et d'autres composés existant dans les grains de café vert, mais insolubles dans l'eau chaude.
Entre autres techniques, ceci peut être réalisé en soumettant les grains pré-conditionnés et broyés à des températures et des pressions élevées pendant l'opération ultérieure d'extraction aqueuse.
On notera que l'opération d'extraction réalisée à partir des grains pré-conditionnés peut être réalisée d'une manière courante, Le produit de l'ex- traction peut, si nécessaire, être'filtré et peut également être concentré jus- qu'à une teneur de 50 à 75% en particules solides. On remarquera également que cet extrait peut être fabriqué dans des pays de culture du café et transporté à l'état fortement concentré vers les zones de vente aux consommateurs avant 1' opération ultérieure de grillage. Ce processus permet de réaliser des économies importantes sur les frais de manutention et de transport par rapport au transport habituel des grains de café vers les zones de vente avant les opérations d'ex- traction ou de concentration.
On peut penser que les différents traitements'thermiques décrits plus haut peuvent détruire les catalyseurs organiques d'oxydation se trouvant dans les grains verts, principalement sous forme de complexes chlorophyllés. Si on le désire, ces catalyseurs peuvent être additionnés en proportion correcte à l'extrait avant l'opération de grillage.
Le grillage de l'extrait de café est généralement effectué à une tem- pérature d'environ 140 c et sous une pression positive correspondant à cette tem- pérature de grillage. A nouveau, les températures réelles employées seront fonc- tion des caractéristiques particulières dépendant de la nature du grain de café originel.rCette opération de grillage peut être réalisée dans un appareil tel que celui qui sera décrit par la suite et de préférence, l'extrait sera soumis dans celui-ci à une agitation convenable.
L'opération de grillage peut être exécut'ée sous une pression exercée, au moins partiellement, par un gaz inerte comme par exemple du gaz carbonique ou de l'azote. De la chaleur sera en général fournie à la surface de l'enceinte sous pression. On peut réaliser dans cette même enceinte une concentration préliminai- re de l'extrait avant d'élever la température à celle de grillage.
Dans une autre réalisation de l'invention, l'opération de grillage est réalisée en présence d'un gaz contenant de l'oxygène, comme de l'air, de l'oxygène, de l'ozone ou des mélanges de celui-ci. On peut également faire appel à d'autres oxydants qui libèrent de l'oxygène dans les condition de grillage, comme par exemple une solution étendue de peroxyde d'hydrogène. De préférence, l'agent oxydant sera l'un de ceux qui viennent d'être cités puisque des dérivés chimiques tolérables subsistent dans l'extrait de café final en tant que résidus de la réaction oxygénée. Lorsque cette oxygénation de l'opération de grillage est utilisée, il est possible de faire appel à des températures bien plus faible.
En fait on peut employer des températures aussi basses que l'ambiante. Il n'est pas certain que l'oxydant agisse par lui-même ou bien d'une manière catalytique
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pour diminuer la température nécessaire pour que les réactions chimiques s'ef- fectuent pendant le grillage. D'une façon générale, au-dessus d'une température de 80 c une pression positive est encore souhaitable lorsque l'agent oxydant est présent, mais à température plus basse la pression peut être encore inférieure à la pression atmosphérique. Dans cette opération, les températures s'étalent en général entre 100 et 150 c Cependant on pourra envisager des températures sortant de ce domainde lorsque les impératifs de goût des consommateurs l'im- posent.
On remarquera cependant que dans la réalisation avec gaz inerte et tempé- rature élevée ou bien la réalisation avec agent oxydant et basse température, la température réelle est évidemment une température de grillage, cette expres- sion étant parfaitement comprise par les spécialistes en la matière.
Le cas échéant, l'extrait est un peu concentré avant l'opération de grillage et il est souhaitable d'opérer de façon que l'extrait concentré ait une viscosité comparable à de la mélasse, du miel ou du sirop de blé à tempéra- ture ambiante. La teneur en particules solides de tels concentrés peut être com- prise entre 45 et 75% et peut aller jusqu'à 90%. De préférence cette concentra- tion sera environ de 80%.
Pour comprendre clairement l'invention, il est alors nécessaire de se référer maintenant aux croquis ci-joints.
La figure 1 des croquis représente un schéma d'installation. Le repère 1 désigne le réservoir de stockage dans lequel l'extrait fluide peut être préchauffé, si on le désire, le repère 2, une pompe de dosage et 3, 4 et 5 des échangeurs de chaleur qui peuvent être du type de celui qui est représenté en détail sur la figure 3. Une soupape de refoùlement 6 du type courant est disposéé de façon à assurer l'évacuation de l'extrait hors de l'appareil et, en même temps, à maintenir dans celui-ci la pression désirée. Un réservoir 7 reçoit l'extrait terminé de grillage. Le repère 8 désigne un récipient dans lequel l'oxydant à l'état gazeux est emmagasiné sous pression. Des appareils 9 et 9a sont utilisés pour assurer la quantité de gaz pénétrant dans le système et le manomètre 10 indique la pression existant dans celui-ci.
La canalisation d'alimentation en oxydant est pourvue d'un détendeur et indicateur 10a et on à prévu des thermo- mètres 11, 11a et llb pour faciliter un contr8le correct de la température. On peut disposer en 12 et 12a des serpentins et des tuyaux de diamètre convenable, avec des by-pass convenables, pour retenir l'extrait pendant une période appro- priée. Comme indiqué par les lignes en pointillé, ces éléments sont facultatifs dans l'appareil. Les repères a, b, c, d, e, f et g désignent des soupapes dont la fonction sera définie dans la suite. Des soupapes de contrôle h et h' évitent l'écoulement en retour de l'extrait vers les dispositifs de mesure 9 et 9a.
Le récipient 8, le détendeur et indicateur 10a et la soupape 9 avec,la canalisation y aboutissant peuvent être éliminés du système ou bien peuvent être utilisés de façon à constiture une source et une commande d'alimentation en gaz inerte si la technique d'oxydation décrite plus haut n'est pas employée.
On comprendra que ce schéma d'installation définit le procédé de grillage de l'extrait concentré de grains pré-conditionnés. L'opération nouvelle, de pré-conditionnement sera réalisée dans un grilloir de type courant et cette opération, ainsi que l'opération de concentration, ne seront pas décrites de façon particulière.
L'extrait concentré de café brut qui est acheminé dans le réservoir de stockage 1 peut, si on le désire, être préchauffé de façon à adapter la vis- cosité aux caractéristiques de fonctionnement de la pompe 2. La quantité d'ex- trait fournie au reste du système peut être contr8lée par le réglage nécessaire de la pompe 2.
Si, par exemple, le degré de grillage souhaité du produit final est 'obtenu à une température d'environ 13000, pour un temps de maintien total d'une minute, et en supposant que les caractéristiques de saveur désirées sont obtenues
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en atteignant cette température de grillage en deux étapes, la température de l'échangeur 3 sera réglée de façon que le thermomètre 11 placé sur la canalisa- tion de sortie de l'échangeur donne une lecture comprise entre 100 et 125 C. La longueur du serpentin 12 peut dans ce cas être choisie de façon que l'extrait .mette trente secondes pour passer de l'échangeur 3 à l'échangeur 4.
Une manoeuvre convenable des soupapes a et b allongera ou raccourcira¯, ce, temps de parcours, @
L'extrait pénétrant alors dans, l'échangeur 4 sera porté dans celui-ci à la température de 150 C. Un thermomètre lla indique la température du liquide sortant de l'échangeur de chaleur.
Un réglage approprié des soupapes d et c déterminera le temps de parcours de l'extrait entre les échangeurs de chaleur 4 et 5 qui peut également être réglé à environ 30 secondes. Cette technique permettra de maintenir la matière dans le système pendant un temps total d'une minute se décomposant en 30 secondes à une température de 125 C et en 30 secondes à 150 C avant qu'elle par- vienne à l'échangeur 5.
Dans l'échangeur de chaleur 5, l'extrait grillé est refroidi, sous la pression existant dans le système à la température désirée, indiquée par le thermomètre llb. L'extrait grillé est ensuite évacué par une soupape d'extrac- tion c vers le réservoir 7 à la pression atmosphérique. Dans l'opération décrite ci-dessus, la pression régnant dans l'ensemble du système sera, comme le mano- mètre l'indique, comprise entre 12,6 et 14 kg/cm2.
Il est également évident que, avant le démarrage de l'opération, le système peut être porté aux températures convenables par une circulation ap- propriée de liquides assurant l'échange calorifique et/ou par circulation d'eau chaude et d'autres fluides convenables dans le système de façon à faciliter 1' échauffement de l'appareil.
Le réglage du détendeur 10a et de la soupape g permet au gaz inerte d'être introduit en quantité suffisante pour obtenir la pression désirée. Si un agent oxydant, comme de l'air ou de l'oxygène, est présent dans le réservoir 8, la quantité appropriée à introduire dans le système est contôlée de façon similaire.
Si l'on désire employer de l'ozone comme agent oxydant, on peut'dis- poser un ozoniseur de type courant (non figuré) dans la canalisation reliant le détendeur 10a et la surface 9. Il faut également noter que 'l'agent oxydant peut être introduit en plus d'un endroit dans le système, ainsi par exemple dans l' échangeur de chaleur 3 aussi bien que dans l'échangeur 4. Dans cette réalisation, l'oxygène réagira à deux températures différentes, à savoir dans l'exemple consi- dêré à 125 et 150 C pendant 30 secondesdans chaque cas. Ceci peut être réalisé par un réglage convenable du détendeur 10a à une pression supérieure à celle existant dans le système et par un réglage approprié des soupapes e et f.
La quantité d'oxydant admis dans les parties respectives du système sera mesurée par les dispositifs 9 et 9a. En opérant conformément à ce schéma, et en employant de l'air comprimé la quantité introduite dans le système est environ comprise entre 0,3 à 1,5 sur 1 en volume.
Gomme on peut-le voir à partir de la description précédente, il est possible de jouer sur un certain nombre de variables dans le processus opéra, toire indiqué et cette variabilité opératoire permet de fabriquer un produit ayant les caractéristiques de saveur désirées et conforme aux caractéristiques des différentes variétés de café qui peuvent être utilisées comme matières originelles. Par exemple, le temps total de grillage peut descendre jusqu'à 10 secondes et la température peut s'élever jusqu'à 170 0. Les valeurs spécifiques indiquées dans la description précédente sont données uniquement à titre d'exem- ple parmi l'innombrable série de conditions dans lesquelles le procédé peut 'être appliqué.
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On remarquera en outre que l'une des caractéristiques du système décrit plus haut est que l'ensemble de l'appareillage et des tuyauteries, fonc- tionnant sous pression, sont maintenus à l'état plein, c'est-à-dire que l'extrait concentré liquide occupe tout l'espace utilisable compris entre l'orifice d'é- vacuation de la pompe 2 et l'extrémité de sortie de la soupape de refoulement 5.
La figure 2 illustre une autre façon de procéder. Dans qette réali- sation, l'opération de préchauffage à 130 C a été supprimée. En conséquence, on éohauffe l'extrait à la température de grillage, par exemple 150 C, très rapide- ment et en une seule opération. Dans cette réalisation, l'extrait concentré de grains de café pré-conditionnés provenant du réservoir de stockage la traverse une pompe 2a pour aller au grilloir 4a, sous une certaine pression et dans d' autres conditions similaires à celles correspondant à la figure 1.
L'extrait de fluide, s'écoulant vers le bas, par gravité, le long des surfaces chauffées du grilloir 4a, est réparti dans l'appareil de contrôle de niveau 12a qui règle à son tour le débit de l'extrait grillé vers l'échangeur de refroidissement 5a par étranglement de l'extrémité de sortie de la pompe centrifuge 15a cette der- nière maintenant la pression correcte dans le refroidisseur. Le temps de main- tien à la température de grillage peut être réglé selon ce qui a été décrit par rapport à la figure 1 et on peut régler le serpentin N pour obtenir la période de temps voulue.
On peut aussi utiliser un réservoir 8a par l'admission du gaz oxydant ou du gaz inerte, chacun d'eux passant par le dispositif de mesure 19a, commandé par les soupapes f et g, avant d'entrer dans le système.
L'appareil de grillage 4a comporte une surface intérieure du cylindre 20 qui est chauffée et sur laqulle passe l'extrait fluide. Cette caractéristique est mise en évidence de façon plus détaillée sur la figure 3.
La figure 3 représente une vue en coupe d'un appareil de grillage 4a. Le récipient tubulaire 20,¯disposé verticalement, est pourvu d'un arbre axi- al 21. monté dans des paliers 22, 22a., soutenus eux-mêmes par des supports 23, 23a. Son extrémité supérieure est munie d'une-plaque chauffante 24 placée hori- zontalement et pourvue d'un orifice d'admission 25 relié à une tuyauterie 26 par laquelle l'extrait de café pénètre dans le récipient 20. Une soupape de décharge 25a contr8le la pression dans.l'appareil et permet l'évacuation de 1' excès de gaz dégagé pendant l'opération. L" extrémité inférieure du récipient est 'pourvue d'un fond conique 27 relié axialement à un tuyau d'évacuation 28.
Un rotor comportant une série de lames 2 est monté sur l'arbre 21 à proximité de l'orifice d'admission 25 et, en marche, tourne à une vitesse suffisamment éle- vée pour engendrer la force centrifuge nécessaire pour pousser l'extrait contre les parois chauffées du récipient. Ces lames s'étendent sur toute la longueur du récipient tubulaire 20 et leurs arêtes périphériques sont placées aussi près que possible de la surface intérieure du récipient et agissent de façon à consti- tuer une surface de répartition de l'extrait de café. La chaleur est fournie au récipient 20 par l'intermédiaire d'une enveloppe chauffante 30 écartée du réci- pient et disposée de façon à recevoir par l'orifice 30 un fluide convenable as- surant l'échange calorifique et qui sort par l'orifice 30b.
Pendant sa traversée de l'appareil, l'extrait est sous forme d'un film se déplaçant vers le bas sur la surface intérieure du récipient 20. En conséquence, une partie de l'espace compris à l'intérieur de l'appareil sera occupé uniquement par de la vapeur et des gaz dégagés pendant l'opération de grillage et soumis à la pression corres- pondant à la température de grillage.
Les figures 4 et 5 représentent un appareil dans lequel on peut ré- aliser de façon commerciale et continue une opération de grillage ou de caramé- lisation. Ce genre d'appareil se compose d'un cylindre 34, pourvu d'une envelop- pe 34a et comportant un arbre noaxial 35 qui le traverse et qui est monté dans des paliers 35a et 35b. L'arbre 35 comporte une partie intérieure 36 de diamètre supérieur à l'intérieur du cylindre 34, cette partie 36 étant pourvue de racleurs
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37'attachés avec celle-ci de façon appropriée, par exemple par des boulons 38.
Le cylindre est pourvu de moyens appropriés,,comme la tuyauterie 34b, pour permettre l'alimentation en chaleur de l'enveloppe 34a, la tuyauterie 34b est reliée à cette enveloppe ; tuyauterie d'admission A5 pour l'extrait à traiter est équi- pée d'une soupape 45 et permet l'alimentation convenable de la matière qui passe dans l'espace annulaire 46 existant entre le cylindre 34 pourvu de son enveloppe et la partie d'arbre 36 et de son rêcleur 37 lorsque la matière est poussée de façon continue à travers l'orifice A5 et passe par l'orifice de sortie B5 pourvu de la soupape 47.
Avec l'appareil des figures 4 et 5, l'extrait de café fluide, concen- tré et pré-conditionné, est introduit ou pompe sous pression, de façon continue, par une pompe appropriée (non représentée) dans l'espace annulaire, en passant pas la tuyauterie d'admission A5 et en sortant par la tuyauterie d'évacuation B5. La pression désirée (7 à 17 kg/cm2 ou plus) est maintenue dans l'espace an- nulaire par l'action de la pompe d'alimentation et la durée de l'opération est contr8lée par la soupape d'échappement 05 lorsque le débit de la pompe et la pression dans l'espace annulaire sont maintenus constants. Cette façon de pro- céder n'avait jamàis été appliquée pour l'opération de grillage ou de caramé- lisation d'un extrait de café sous pression.
Le produit final écacué par le cla- pet C3 est ensuite refroidi sous pression jusqu'à environ 20 - 30 c dans un échangeur de chaleur de type courant si la concentration du produit final ne donne pas lieu à un fluide dont la viscosité ne lui permette pas d'être traité dans un échangeur de chaleur de type courant.
Une unité de conception identique à celle de l'opération de grillage peut être utilisée pour refroidir sous pression le produit grillé, à haute vis- cosité. Cet appareil sera branché en série avec l'appareil précédent et la seule différence de fonctionnement est que le miliéu refroidissant par exemple de 1 eau, circule dans l'enveloppe assurant l'échange de chaleur. Le produit refroidi peut alors être évacué à la pression atmosphérique par une soupape 95 des unités de refroidissement.
Si l'on désire obtenir le produit à l'état solide, l'extrait grillé peut être acheminé sous pression dans un ou des récipients de refroidissement appropriés. Un récipient de refroidissement de ce genre est maintenu sous une pression positive convenable grâce, par exemple, à l'introduction d'un gaz iner- te .
Cependant il est évident que, dans l'opération de grillage de 1 extrait, si l'on opère sous une pression positive à des températures d'environ 80 c (en présent d'un agent oxydant ou d'un gaz inerte), on évitera la déshydra- tatîon de l'extrait. Cette propriété permet de conserver l'extrait aqueux à 1' état liquide pendant cette opération.
La figure 6 représente un appareil de séchage par atomisation confor- me à l'invention. L'extrait de grains de café pré-conditionné est, si nécessaire, pré-chauffé, afin de réduire sa viscosité puis il est stocké dans un réservoir d'alimentation A6. Une pompe B6, de préférence une pompe à engrenages avec dis- positif de recirculation, achemine la matière dans l'appareil suivant un débit mesuré par le débit-mètre 57. L'extrait passe ensuite dans l'échangeur de chaleur C6 où il est échauffé à une température voisine de son point d'ébullition. L' extrait est ensuite pulvérisé par la buse M6, sous forme d'un brouillard, au sommet de la chambre de séchage E6 Il entre en contact avec l'air tourbillonnait qui pénètre tangentiellement dans la chambre au point Z6.
L'air, qui peut le cas échéant être filtré, est envoyé dans la chambre de séchage E6 par un ventilateur aspirant G6 et est préchauffé par l'échangeur ou le réchauffeur d'air D6. Il est ensuite évacué avec l'eau évaporée, hors de l'appareil par le même ventila- teur aspirant G6. Dans le cas présent, la chaleur contenue dans l'air fait éva- porer l'eau des gouttelettes divisées d'extrait et élève la température des par- ticules solides séchées jusqu'au point de grillage désiré. Ces particules solides
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tombent par gravité dans la chambre de séchage E6. Pendant ce déplacement vers le bas, l'air froid pénétrant dans la chambre E6 par des fentes réglables L6 re- froidit les particules qui sont ensuite rassemblées dans la partie inférieure conique de la chambre E6.
Les particules les plus fines qui peuvent tre entrai- nées par le courant d'air sortant du système par le ventilateur G6 peuvent être rassemblées à la base du carter de cyclone H6.
L'extrait de café grillé, séché et refroidi, est ensuite évacué de la chambre E6 et du carter de cyclone H6 par les transporte-urs à vis 16 et 16', ' par l'intermédiaire des clapets tournants F6 et F'6 qui agissent également comme cellules d'air.
La figure 6 et la description ci-dessus ont pour but de schématiser les principes du séchage par atomisation. De nombreux systèmes de séchage par atomisation basés sur le même principe, mais comportant de nombreuses modifications, permettent de produire commercialement des aliments à l'état pulvérulent comme par exemple du lait, des jus de fruits, du café, du malt. En général, certaines caractéristiques comme la couleur, la saveur, l'arôme, la solubilité, etc... doivent être préservées en éliminant l'eau à la température la plus basse possi- ble, par exemple entre 45 et 65 c Pour le séchage par atomisation d'extrait de café, certains modes opératoires font intervenir des gaz de combistion chauds et inertes à la place d'air chaud, tandis que d'autres font intervenir un mélange des deux.
Ces différents systèmes peuvent être adaptés au nouveau procédé de sé- chage et grillage en un seul stade mais il est évident qu'au lieu de faire appel dans le processus opératoire aux températures les plus faibles possibles, ltopé= ration s'effecuera entre 135 et 175 C environ dans la zone de séchage, à la par- tie supérieure de la chambre de séchage E6.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, l'extrait de grains de café concentré et pré-conditionné, qui a une teneur en particules solides comprise par exemple entre 60 et 75 %, est acheminé dans le réservoir A6 à une température d'environ 75 c La pompe à engrenage B6 est alors mise-en marche de façon à fournir une quantité mesurée de matière à la buse B6 par 1' intermédiaire de l'échangeur 06 où la température s'élève jusqu'à 80 c environ.
'.Une pression d'environ 5 à 10,5 kg/cm2 est maintenue au manomètre 56'.par régla- ge du dispositif de reciruclation (non représenté) de la pompe B6. La pression au manomètre 56 dépend en partie de la viscosité de l'extrait, des caractéris- tiques de'la buse M6 et du dimensionnement de particules désiré dans le brouillard produit. Si l'on fait appel à une atomisation par centrifugation au lieu de pul- vérisation, la pression indiquée par le manomètre 56 devra-seulement suffire pour acheminer l'extrait jusqu'au rotor du dispositif d'atomisation par centri- fugation. Dans un tel cas, la pompe B6 peut être une pompe dentrifugeuse au lieu d'une pompe à engrenages.
La quantité d'air désirée, fonction de la quantité de matière à sé- cher et de sa concentration, sera entraînée dans la chambre E6 par le ventila- teur G6 et par l'intermédiaire de l'orfice d'admission Z6, après avoir été é- chauffé dans l'échangeur D6. La température d'entrée de l'air sera déterminée par le réglage de l'échangeur D6 et le régime.d'écoulement de façon à fournir une chaleur suffisante pour évaporer l'eau existant dans l'extrait afin de mainte- nir la température de grillage entre 135 et 175 C ou au-dessus dans la partie supérieure de la chambre E6 A titre d'exemple, pour un-sécheur par atomisation opérant à un régime de 35 cm3 d'extrait par minute, la quantité d'air pénétrant en Z6 est d'environ 2500 cm3 par minute,
sa température d'environ 245 c et la température de l'air dans la chambre de séchage E6 est d'environ 150 C. Dans ces conditions, on obtient un extrait de café moyennement grillé.
Lors du grillage d'un extrait de café contenant 65 à 75% de particules solides, il est préférable de maintenir dans la zone de séchage de la chambre E6 une température d'air comprise entre 135 et 157 c Cette façon de procéder donnera un produit final qui n'est ni trop granuleux ni trop pulvérulent par
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comparaison avec le "café instantané" existant actuellement sur le'marché et qui à été grillé au degré désiré. De plus, ces conditions présentent l'avantage de réduire la quantité d'air nécessaire pour refroidir les particules solides tombant hors de la zone de grillage-séchage.
Si l'on fait intervenir une température de grillage plus élevée, par exemple jusqu'à 175 C, les particules solides peuvent se prêter à une coales- cence" dans le courant d'air qui produit alors des particules solides globulaires.
La granulométrie peut être contrôlée en faisant varier le pourcentage de parti- cules solides dans l'extrait fluide pénétrant dans le sécheur et aussi en faisant varier le sens d'écoulement de l'air de refroidissement pénétrant par les fentes
L6. Pour certains marchés, ce nouveau produit à l'état plus ou moins finement granulé peut présenter un attrait particulier du fait de son poids spécifique relativement élevé, en particulier lorsque les particules sont triées uniformé- ment et correctement. Le poids spécifique peut par exemple s'échelonner de 0,6 à
0,8 grammes par centimètre cube.
On notera que, lorsqu'on utilise de l'air comme milieu gazeux d'é- chauffement, l'opération s'effectuera alors selon le type oxydant défini précé- demment. Cependant, si les avantages en résultant sont souhaitables, on préfère utiliser comme fluide chauffant des gaz de combustion chauds à la place de l'air et l'oxygène nécessaire est fourni au système de manière indépendante. Par exemple, l'agent oxydant peut être fourni, à partir du réservoir N6, en un point quelconque de la canalisation reliant la pompe B6 à la buse N6. La quantité sera mesurée 'par le'débitmètre 58 et réglée par la manoeuvre des soupapes 52 et 54 pla- cées d'un coté ou de l'autre du manomètre 50. La réalisation représentée sur la figure est telle que l'agent oxydant est introduit dans la canalisation d'extrac- tion allant de l'échangeur C6 au débitmètre 57.
D'une autre manière, l'agent oxydant peut être admis, par l'intermédiaire de la canalisation Y6 contrôlée par les soupapes 60 et 61, dans la canalisation de gaz de combustion K6. Il est également possible, par une manoeuvre appropriée des aoupapes 51, 51a, et 60, de faire pénétrer l'agent oxydant aux deux points définis plus haut.
L'action de l'oxygène présent dans l'atmosphère de séchage est favorisée par l'état pulvérisé des particules solides en suspension dans le gaz- pendant l'opération de grillage. On notera que la surface de ces particules est très grande par rapport à celle d'un extrait traité sous forme de film.
Une autre variante opératoire permettra de réaliser une économie sur la chaleur nécessaire pour évaporer l'eau. Dans cette réalisation, l'extrait liquide est surchauffé dans un échangeur Cl à une valeur telle que l'eau soit -éliminée de l'extrait par vaporisation dans une buse N6. Par conséquent, l'air pénétrant en Z6 a seulement besoin de fournir la chaleur d'évaporation corres- pondante et la chaleur nécessaire pour élever la température des particules soli- des déshydratées à la température de grillage et/ou de fusion.
L'exemple suivant fournit une illustration du procédé lorsqu'on opè- re en présence de gaz inerte et qu'on maintient l'extrait de café à l'état flui- de pendant l'opération de grillage.
Une certaine quantité de grains de café brut a été pré-conditionnée dans un dispositif de grillage de type courant. Les grains ont été remués tan- dis que la température montait lentement jusqu'à ce que soient décelées les ca- ractéristiques délicates de saveur et d'arôme du café grillé. La température était environ de 135 à 155 C. A ce moment les grains commençaient juste à gril- ler et à s'onduler légèrement. Les grains de café traités furent ensuite rapi- dement évacués du grilloir et refroidis.
Après refroidissement, les grains furent réduits en poudre et su- birent une extraction par l'eau en faisant appel à des techniques conventionnel+ les. Puis l'extrait fut concentré par élimination de 1!eau jusqu'à 'ce que la teneur en particules solides soit comprise entre 60 et 90 %. La viscosité et la
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densité du concentré froid étaient grossièrement comparables à celles du sirop de blé ou du miel à température ambiante. Cet extrait concentré fut ensuite in- troduit dans une marmite sous pression pourvue d'un agitateur mécanique et d,'une enveloppe de façon qu'une température pouvant atteindre 185 c et plus puisse être atteinte sur les parois intérieures de la marmite.
L'agitateur était monté de telle façon qu'il comporte des dispositifs de raclage qui épousent de façon étroite les parois de la marmite. Au moyen d'un gaz inerte, la pression fut por- tée entre 10,5 et 17,5 kg/cm2 L'agitateur fut mis en marche et de la chaleur fournie à l'enveloppe. Lors du grillage de l'extrait, le film grillé caramélisé se forma localement au contact des parois chaudes de la marmite, les surfaces de raclage de l'agitateur enlevant constamment ce film et le renvoyant dans la masse de l'extrait. Du fait de la pression positive, la masse fut absorbée par 1' eau libérée du film par suite du grillage et la matière de la marmite resta fluide.
La viscosité de cette matière est évidemment fortement réduite à cette température de grillage et le film grillé partiellement enlevé fut constamment remplacé par un nouveau film par intervention de l'agitateur et des racleurs.
Ce mode opératoire a permis d'obtenir un extrait de café fluide traité de façon uniforme et grillé au degré désiré. Une soupape de prise d'échantillon placée à la base de la marmite indiquait le moment où ce degré de grillage était at- teint. La manoeuvre d'une soupape de décharge également montée sur les marmites permet de faire varier la pression et fournit aussi un moyen de déceler '¯les odeurs aromatiques de café grillé s'échappant dans le gaz inerte.
La technique décrite en dernier convient non seulement pour contra- ler le procédé, mais elle est bien adaptée aux déterminations initiales néces- saires pour situer les conditions optima à observer avec une quantité donnée de grains de caractéristiques particulières.
L'opération de grillage décrite nécessitera en moyenne de 3 à 15 minutes. Lorsque le degré de grillage souhaité a été obtenu, l'échauffement est arrêté et le produit est rapidement acheminé sous pression dans une enceinte de refroidissment où il est à nouveau refroidi sous pression. Ceci permet d'em- pêcher la perte des composants volatils donnant la saveur et l'ar8me.
Le produit obtenu est à l'état fluide épais ou semi-solide et peut être conservé indéfiniment dans des récipients étanches, fréquemment sans qu'il soit nécessaire de les réfrigérer.
Les opérations décrites plus haut et l'équipement typique employé à cet effet sont bien connus pour concentrer et manipuler des extraits liqui- des visqueux comme du.sirop de blé et des extraits similaires. La différence entre ces opérations standardisées et le procédé selon l'invention faisant appel à un gaz inerte, réside dans le fait que les premiers sont exécutés à la pres- sion atmosphérique ou à pressions réduites pour empêcher la caramélisation, la décoloration et le grillage du produit, ce qui est par .contre le véritable ob- jectif de l'invention. Cette différence provient aussi du stade opératoire de pré-conditionnement, mentionné plus haut, qui ne doit pas faire griller les grains avant extraction, comme on le faisait suivant les procédés précédents.
Ce n'est que par la combinaison des deux opérations que l'on peut fabriquer le produit supérieur selon l'invention.
L'emploi de l'extrait apparaît évident à partir de la description précédente. Pour en faire une boisson, il suffit d'ajouter une certaine quantité d'eau à une partie de l'extrait, en fonction de la "force" de café désirée par le consommateur. La "tasse de café" ainsi obtenue correspond de très près aux boissons obtenues par les méthodes habituelles comme avec un percolateur ou l'équivalent.
Il apparaît, par conséquent, que les buts de la présente invention ont été pleinement et efficacement atteints.
Il va de soi, cependant, que les réalisations spécifiques définies
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plus haut n'ont été décrites et représentées que dans le but d'illustrer les principes de l'invention et sont soumises à variations sans sortir du champ de cette invention.
REVENDICATIONS.
1.'.Procédé de fabrication d'un extrait de café grillé à partir de grains de café brut, dans lequel procédé on soumet les grains bruts à une tempé- rature de pré-conditionnement inférieure à une température de grillage et pen- dant une période de temps telle que les grains sont portés en un état où le gril- lage devrait commencer mais n'est'pas commencé et où la matière végétale inso- lubilisable à la chaleur et contenue dans ces grains a été rendue insoluble, on met les grains ainsi pré-conditionnés sous forme de poudre, on prépare un ex- trait aqueux des matières solubles dans l'eau contenues dans la poudre de grains de café bruts pré-conditionnés, on concentre cet extrait et on le soumet à une température de grillage et, pendant cette opération de grillage,
on développe dans ledit extrait de grains de café bruts les principes aromatiques qui prodùi- sent les aromes et la saveur caractéristiques du café grillé, qui sont présents, de manière inhérente, sous forme non développée dans ledit extrait.