<Desc/Clms Page number 1>
Appareil et procédé pour fabriquer des boyaux en collagéne par extrusion continue.
Là présente invention concerne la fabrication de boyaux en collagène tels que des boyaux synthétiques pour saucisses et, plus particulièrement, un appareil et un procédé perfectinnnés pour fabriquer un boyau en collagène par extrusion continue.
Le produit de l'invention, après des traitements de finissage appropriés convient en particulier comme boyau comestible pour des saucisses de porc fraîches qui doivent être cuites par le consommateur ainsi que des saucisses du type saucisses de Vienne ou de Francfort. Ces dernières saucisses sont en général préparées par fumaison et cuisson lors de l'emballage et sont réchauffées avant d'être consommées. Lorsque ces saucisses sont pourvues de boyaux comestibles, il n'est pas nécessaire d'enlever le boyau avant de manger la saucisse.
<Desc/Clms Page number 2>
Les boyaux naturels obtenus à partir d'intestins de mouton, de porc et de boeuf présentent certains inconvénients inhérents tels au'une paroi non uniforme et poreuse, des dimensions et une comestibilité variables, et des prix ainsi oue des quantités disponibles qui varient largement. A l'exception de certains boyaux obtenus à partir d'intestins de mouton, les boyaux naturels sont coriaces.
De plus, les boyaux naturels sont difficiles à nettoyer et à préparer pour la consommation humaine: En outre, l'épaisseur de la paroi et le diamètre des boyaux naturels varient ce qui occasionne des difficultés pendant leur bourrage ou remplissage à grande vitesse pratiqué actuellement. En raison de ces inconvénients, on a souvent essayé de fabriquer de meilleurs boyaux synthétiques comestibles à partir de sources de protéines telles que le collagène.
La présente invention procure une nouvelle extrudeuse ainsi qu'un procédé d'extrusion utile grâce auquel un boyau peut être obtenu à partir de collagène animal sous une forme per- mettant de produire des boyaux synthétiques de résistance adéquate mais qui sont exceptionnellement tendres et peuvent être cuits sans fondre, ni rétrécir, ni éclater. '*
DEFINITIONS. ,
Pour la clarté et la brièveté de la description, on définira certains termes utilisés dans ce mémoire et utiles pour bien comprendre l'invention, de la façon suivante :
Par le terme "fibrille de collagène" on entend l'unité de structure des tissus de collagène formés de plusieurs milliers ou même millions d'unités de tropocollagène.
La fibrille de collagène, telle qu'on la trouve dans une peau de bovin, mesure à l'état complètement déshydrate de 50 à 1000 de diamètre et sa longueur est indéfinie. On a pu observer des fibrilles de collagène de peau mesurant 20.000.000 A (2 mm) de longueur. Les @
<Desc/Clms Page number 3>
fibrilles de collagène dans une peau de bovin. sont disposées en faisceaux pour former des fibres de collagène mesurant plusieurs milliers de A de diamètre et de longueur indéfinie.
On a pu observer;des "fibres" de collagène de peau de bovin (à distinguer des fibrilles) qui mesurent d'environ 10.000 à 20.000 A à l'état déshydraté et on croit qu'il existe des fibres de collagène allant jusqu'à 1 mm de diamètre (10.000.000 A) à l'état déshydraté. Chaque fibre de collagène contient des centaines ou même des milliers de fibrilles réunies par une gaine. Les fibres de collagène, à leur tour, sont-groupées en faisceaux suffisamment importants pour être visibles à l'oeil nu et constituant le réseau fibreux habituel visible des peaux de toute nature.
Par le "fibrille de collagène gonflée", on entend l'état que présentent des fibrilles de collagène lorsaue des' fragments de peaux de bovins ou analogues ont été progressivement réduits et que les fibrilles qu'ils contiennent ont,été gonflées jusqu'à plus de 100 fois leur volume initial dans une quantité suffisante d'une solution d'acide faible. La pression du gonflement des fibrilles brise la gaine fibreuse relativement inélastique .qui les entoure et détruit donc l'identité de la fibre. Les fibrilles de collagène gonflées peuvent alors être séparées des résidus des gaines de fibres par filtration. Mais il faut remarquer que pour rompre la structure fibreuse par gonflement, le rapport du fluide de gonflement au collagène doit être élevé.
Le terme "masse fluide de fibrilles de collagène gonflées" s'applique ici à une telle masse après filtration, lorsqu'elle est prête à être extrudée. Dans cet état, les gaines de fibres séparées ont été éliminées. Suivant l'invention, une telle masse fluide de fibrilles de colin gêne gonflées doit contenir de 2,5 à 6 % environ de tissu collagène sur la base d'un poids à sec.
<Desc/Clms Page number 4>
Des boyaux typiques obtenus à partir d'un tube extrudé suivant l'invention, ont les propriétés suivantes lorsqu'ils sont éprouvés sur une machine d'essai de traction Instron, par le procédé décrit dans la demande de brevet belge de même date intitulée "Boyaux en collagène comestible et procédé pour les fabriquer". Chaque éprouvette de boyau est chauffée à 99 C avec de la vapeur vive avant d'être éprouvée en traction.
La variation de longueur due au retrait d'une éprouvette de 3 pouces (7,6 cm) du boyau chauffé à 99 C avec de la vapeur vive va de 1,0 à 2,0 pouces (2,5 à 5 cm) environ.
L'allongement par livre (kg) de traction est d'environ 2,0 à 20,0 pouces (5,1 à 51 cm).
La résistance à la traction à chaud va,de 0,10 à environ 1,0 livre (45,4 à 450 g) environ.
La traction de retrait va d'environ 0,08 à 0,50 livre (36,3 à 227 g).
Le pourcentage de reprise élastique (longueur du boyau au point de rupture) divisé par la longueur initiale de l'éprouvette essayée multipliée par 100 va d'ehviron 81à environ 150.
La résistance à l'éclatement.est d'au moins 10 à 28 livres/ pouce carré (0,7 à 1,96 kg/cm2). La l'résistance à l'éclatement" est la pression d'air en livres/pouce carré (kg/cm2) nécessaire pour faire éclater un boyau en collagène extrudé sec présentant une épaisseur de paroi 'de 1 mil (0,025 mm). Les valeurs de la "résistance à l'éclatement" exprimées dans ce mémoire ont été déterminées sur une machine d'essai perkins Mullen (modèle C). Du fluide sous des pressions uniformément croissantes dilate un diaphragme en caoutchouc extensible et agit simultanément dans un manomètre Bourdon.
La mabire à éprouver est fermement pincée cantre une plaque métallique qui permet au diaphragme de se dilater lite- ment par une ouverture circulaire contre 1 pouce carré (6,45 cm2) ,
<Desc/Clms Page number 5>
de sa surface. Comme l'éprouvette se déforme sous la pression, le diaphragme épouse le profil exact de la matière.
DESCRIPTION GENERAL±
Des boyaux naturels sont faits d'un réseau de fibres et de faisceaux de fibres de collagène entrelacés en substance également repartis et possèdent donc essentiellement les caractéristiques de résistance nécessaires tandis que les boyaux obtenus à partir des meilleurs intestins de mouton sont également comestibles lorsqu'ils sont cuits. Mais les boyaux en collagéhe synthétiques disponibles jusqu'à présent sont incapables de remplacer d'une manière satisfaisante le produit naturel en particulier en ce qui concerne leur tendreté et leur réponse à la cuisson.
On a, par conséquent, proposé jusqu'à présent de produire un boyau en collagène artificiel à partir de matières animales fibreuses telles que par exemple des peaux ébourrées qui ont été soumises à des traitements de chaulage classiques. Le collagène présent dans cette matière fibreuse chaulée est transformé par une désintégration mécanique et par l'action gonflante de certains acides en une pâte de faisceaux fibreux et de fibres qui est ensuite extrudée sous forme d'un tube.
Cette pâte ou ces masses pâteuses ont habituellement une teneur en matières solides de l'ordre de 10 à 25 % quoique, dans certains cas, les matières solides ne dopassent pas environ 8 %. Ces pâtes sont extrud4es sous des pressions relativement grandes de l'ordre de plusieurs centaines d'atmosphères qui sont reauises en raison de la nature fortement visqueuse des masses pâteuses relativement sèches. Les boyaux ainsi produits sont relativement épais, coriaces et difficiles à manger après cuisson.
<Desc/Clms Page number 6>
Ces propriétés indésirables des boyaux en collagène artificiels connu:!sont encore accentuées et compliquées par les genres de traitements auxquels les boyaux sont habituellement soumis après extrusion. Ces boyaux, lorsqu'ils sont bourrés de chair à saucisse comestible, ne résistent pas à une cuisson dans la poéle à frire et subissent un retrait expulsant la chair saucisse.
Suivant la, présente invention, on a découvert qu'un tube en matière de boyau en collagène à paroi mince peut être fabriqué à partir d'une masse fluide de fibrilles de collagène gonflées ayant une teneur en collagène de beaucoup inférieure celle qu'on utilise jusqu'à présent par exemple de l'ordre d'au moins 2,5 % à moins de 6 %, de préférence d'environ .3,5 à 5 %. On a remarqué que des fibrilles de-collagène dans une peau de bovin déchaulée gonflent jusqu'à plus de 100 fois leur volume initial si on place une peau de bovin déchiquetée, progressivement réduite en particules de très petites dimensions, dans une quantité suffisante d'une solution d'acide faible telle que 1,2 % d'acide lactique dans l'eau.
La pression que les fibrilles exerce en gonflant brise la gaine de fibres relativement non élastique qui entoure la fibre contenant les fibrilles et détruit donc la fibre. Les fibrilles de collagène gonflées peuvent alors être séparées des résidus des gaines des fibres par filtration. Un boyau tubulaire à paroi mince extrudé suivant l'invention à partir de cette masse relativement aqueuse de fibrilles gonflées excessivement fines, lorsqu'il est soumis à des traitements de post-extrusion appropriés, produit des boyaux pour saucisse qui sont très tendres et si faciles à mastiquer qu'à la consommation, ils se distinguent à peine de la chair à saucisse elle-même.
Néanmoins, des boyaux pour saucisse préparés suivant l'invention, possèdent une'résistance à la traction et une résistance à l'éclatement suffisantes pour pouvoir être bouillonnés, bourrés *et liés suivant des techniques industrielles
<Desc/Clms Page number 7>
sans se rompre ou s'étirer d'une manière excessive. De plus, on a constaté que ces boyaux résistent aux contraintes et aux températures qu'ils subissent lors d'une cuisson dans une poêle à frire de sorte que le boyau ne subit en substance pas de retrait et ne se rompt pas ou ne fond pas 'et n'expulse pas la chair qu'il contient pendant la cuisson.
Mais, l'utilisation de masses fluides de fibrilles de collagène gonflées (c'est-à-dire des masses dans lesquelles le collagène a été réduit en particules de dimension fibrillaire et dans lesquelles la proportion de collagène dans la masse de fibrilles gonflées est du petit ordre décrit plus haut) pose des problèmes pour extruder et manipuler le boyau tubulaire extrudé à partir du moment où il quitte l'orifice de l'extrudeuse jusqu'à ce qu'il ait été séché et ramené à sa dimension finale dans laquelle il doit être mis en accordéon et ultérieurement utilisé.
La nature délicate des fibrilles de collagène gonflées est telle que la masse de fibrilles fluide doit être manipulée avec soin pendant le processus d'extrusion lui-même pour éviter toute dégradation de la matière ainsi que toute stratification indésirable et la formation de points faibles dans le produit final.
Quoique les pourcentages préférés de collagène donnés jusqu'à présent pour mettre l'invention en pratique ne soient pas très critiques jusqu'à lp première décimale, l'extrusion et les traitements de post-extrusion de masses fluides de fibrilles de collagène gonflées contenant moins d'environ 2,5 % de collagène est impossible. Quoique l'extrusion d'une telle masse comportant une teneur en collagène comprise entre 2 % et 2,5 % soit théoriquement possible, la nature aqueuse de la masse diminue ses propriétés visco-élastiques et introduit des problèmes de manipulation après l'extrusion et augmente ainsi le temps requis pour la coagulation au point que son utilisation est tout à fait impossible.
<Desc/Clms Page number 8>
D'autre part, une masse fluide de fibrilles de collagène gonflées comportant une teneur en collagène d'environ 4 % est' optimum pour l'extrusion tandis qu'une teneur de,5 et jusqu'à 6 % permettent encore l'extrusion. Mais, au-dessus de 6 %, la viscosité de¯la masse est telle que l'extrusion exige une énergie excessive et que des problèmes d'échauffement et autres se.. posent par suite du frottement. De plus, le traitement de post- extrusion du boyau tubulaire extrudé exige des manipulations spéciales.
Il est bien entendu, comme décrit en détail'dans le demande de brevet belge de même date intitulée "Procédé pour produire un boyau tubulaire en collagène" que, dans les gammes préférées et possibles décrites plus haut de collagène, l'extrusion d'une telle matière aqueuse ou contenant peu de collagène produit un corps tubulaire excessivement fragile qui doit être manipulé avec la plus grande délicatesse et le plus grand soin pendant les traitements ultérieurs au cours desquels il est coagulé, durci, plastifié et séché.
Dans la pratique de l'invention, lorsque la masse de fibrilles de collagène gonflées sort de l'orifice de l'extrudeuse, elle comprend essentiellement un liquide qui doit immédiatement subir un traitement de coagulation afin de conserver la forme qui lui a été donnée à sa sortie de l'embouchure de l'extrudeuse pendant qu'il se déplace encore sous l'action de l'énergie cinétique imprimée par la force d'extrusion. Une fois que cette coagulation initiale se produit, le boyau extrudé possède une forme et une intégrité tangibles propres mais il reste néanmoins faible, fragile, et sujet à une rupture lorsqu'il passe à l'état humide par plusieurs traitements de conditionnement ultérieurs.
En dépit de sa nature fragile, les exigences exactes d'une pro- duction continue sont telles que ces boyaux tubulaires initialement aqueux doivent être ramenés d'une épaisseur de paroi initiale à l'orifice de l'extrudeuse par exemple environ 14 fois plus forte,, à une épaisseur de paroi finale d'environ 1 mil (0,025 mm) tout en conservant le diamètre intérieur qui a été déterminé par l'orifice d'extrusion.
<Desc/Clms Page number 9>
Dans des extrudeuses connues utilisées avec les masses de collagène fibreuses plastiques décrites, la masse pâteuse est introduite directement dans un passage d'extrusion annulaire oblong et est extrude de ce passage sous les fortes pressions requises sans que le collagène subisse un mélange ou une homogénéisation appréciable pendant l'extrusion. Une cause majeure des points faibles dans des boyaux en collagène extrudés est la tendance des faisceaux de fibres de collagène, des fibres et même des fibrilles à se réunir ou à se rassembler et à s'orienter dans le sens de l'extrusion du collagène lorsqu'ils rencontrent un obstacle dans leur trajet pendant l'extrusion.
Ces obstacles comprennent habituellement un agglomérat de collagène dans la masse plastique, qui est retenu ou arrêté dans l'orifice étroit de la chambre d'extrusion. Jusqu'à présent, comme la structure de base du collagène qui est composée .de fibres et de faisceaux de fibres était d'un ordre de grandeur de beau- coup supérieur à celui des fibrilles gonflées, et comme aucune homogénéisation appréciable ne se produisait pendant l'extrusion, on obtenait souvent des boyaux présentant une ligne de joint ou un défaut en substance longitudinal dans sa paroi, formé par des fibres de collagène réunies ou rassemblées par une extrudeuse engorgée. Ce défaut diminue notablement la résistance d'un tel boyau.
De plus, des fibres de collagène gonflées et des faisceaux de libres tendent facilement à s'orienter dans le sens général de l'extrusion ou dans d'autres sens déterminés par la construction de l'extrudeuse. Une orientation dans un sens particulier d'une fraction substantielle de l'épaisseur d'un boyau rend le boyau facilement susceptible de se fissurer ou de se déchirer dans le sens de l'orientation, la ligne de déchirure se produisant en général dans la zone située entre les fibres de collagène orientées.
On a essayé d'améliorer la résistance au déchirement
<Desc/Clms Page number 10>
en orientant les fibres au hasard en recourant à une opération ayant pour effet (le mêler, rassembler ou feutrer les fibres, mais cette répartition anarchique des fibres ainsi produites n'a pas o donné de produit satisfaisant.
Un phénomène inhérent à des masses fluides de fibres ou de fibrilles de collagène gonflées pose un problème important et difficile pour former des objets extrudés en cette matière.
Lorsqu'une telle masse de collagène fluide subit des conditions d'écoulement, elle est affectée d'une manière telle qu'elle se "souvient" des conditions de l'entourage dans lesquelles elle a été mise en écoulement. Lorsque deux masses fluides de ce genre, préconditionnées de cette façon, sont amenées en contact l'une avec l'autre, la séparation déterminée par leurs surfaces de contact persiste dans la masse fluide et persiste même dans des formes dans lesquelles cette masse est ultérieurement extrudée ou autrement façonnée. La formation et la persistance de ces zones de séparation ou interfaces dans des objets extrudés à partir de masses de collagène dans lesauelles elles existent, créent des zones faibles qui affaiblissent d'une manière permanente le produit ainsi formé.
. Ainsi, si on oblige une masse fluide de fibrilles de collagène gonflées à s'écouler dans une cavité annulaire à partir d'une entrée périphérique, la masse en écoulement est divisée et les courants séparés se rassemblent à un endroit déterminé dans leurs trajets annulaires. La zone où les courants séparés se rencontrent et se fondent l'un dans l'autre reste dans la "mémoire" de la matière comme une zone d'interface persistante et devient à l'usage une zone de faiblesse. Cet interface affaiblie persiste lors des manipulations ultérieures de la matière, à moins que la masse fluide soit suffisamment intimement mélangée à l'interface pour éliminer cet interface..
<Desc/Clms Page number 11>
Suivant la présente invention, on surmonte ou évite ces difficultés d'interface en appliquant des forces de cisaillement rotatives continues et intensives à la masse de matière à extruder pendant son passage dans l'extrudeuse. Le "souvenir" précédent de l'interface est ainsi détruit et aucun effet de stratification ne peut se produire pendant le processus d'extrusion. La matière fluide n'est jamais divisée en courants séparés comportant des surfaces qui se rejoignent dans le processus d'extrusion, mais suit toujours des trajets complètement circulaires radialement vers l'extérieur et vers l'intérieur pendant son passage dans l'extrudeuse.
En pratique, des boyaux à saucisses sont soumis à une traction dans un sens parallèle à l'axe longitudinal du boyau pendant la fabrication, comprenant des opérations de séchage, de mise en accordéon et de liage. De plus, lorsqu'on remplit le boyau de chair à saucisse et qu'on le cuit, le boyau est soumis à des pressions d'éclatement internes. Un boyau satisfaisant doit posséder des caractéristiques de résistance suffisamment élevées et uniformes pour résister à ces forces tout en n'étant pas coriace, épais ou autrement difficile à manger.
La résistance d'un boyau fait de fibrilles de collagène gonflées est apparemment due aux fibrilles de collagène qui forment ce boyau. La section la plus faible d'un tel boyau' en collagène semble être la zone située entre les différentes fibrilles de collagène lorsqu'elles ont été gonflées et séchées en place. Par conséquent un facteur important qui affecte la résistance d'un boyau est la répartition des fibrilles de collagène dans ce boyau. Une répartition uniforme ou homogène des fibrilles de collagène, en particulier une répartition au hasard dans la paroi du boyau, élimine la formation de points faibles dans la paroi du boyau due à l'absence de fibrilles en quantité suffisante à l'endroit affaibli.
L'aspect et la structure microscopique interne du boyau qui possède ces propriétés sont décrits plus en détail dans la demande de brevet belge de même date intitulée "Boyaux en col:.agène comestibles et procédé pour les fabriquera
<Desc/Clms Page number 12>
BUTS.
La présente invention a donc notamment pour buts de procurer; un nouveau mécanisme d'extrusion qui produise un boyau en collagène formé de fibrilles gonflées ayant de meilleures caractéristiques de résistance ; une nouvelle extrudeuse servant à extruder en continu, à partir d'une masse fluide de fibrilles de collagène gonflées, un tube pour des boyaux en collagène présentant une répartition en substance uniforme de fibrilles de collagène; un procédé d'extrusion nouveau et utile ainsi que des moyens pour éviter la formation d'interfaces, comme mentionné plus haut, dans la masse fluide de fibrilles de collagène gonflées et pour détruire ces interfaces qui peuvent s'être formées dans la masse avant son passage dans et par l'extrudeuse;
' un mécanisme d'extrusion servant à extruder en continu un boyau en collagène à partir d'une masse fluide de fibrilles de collagène gonflées, dans lequel les éléments extrudeurs impriment une action de cisaillement rotative transversale à la masse fluide pendant le processus d'extrusion pour éliminer tout effet de stratification dans cette masse de collagène; un nouveau procédé pour-extruder un boyau en collagène continu à partir d'une masse fluide de fibrilles de collagène . gonflées en soumettant la masse fluid à une action de cisaillement rotative transversale pour éliminer les.effets de stratification dans la masse de collagène et pour amener la masse fluide à s'écouler en trajets circulaires continus pendant le processus d'extrusion.
Ces buts ainsi que d'autres encore. peuvent être atteints suivant la présente invention qui, dans ses différents aspects, comprend un nouvel appareil pour fabriquer un boyau en collagène synthétique et de nouvelles opérations pour fabriquer un tel produit.
<Desc/Clms Page number 13>
Suivant les techniques prérérées actuellement utilisées pour préparer la masse fluide de fibrilles de collagène gonflées pour l'extruder suivant l'invention, le procédé préfère utilise comme matière première des peaux fraîches ébourrées (congelées ou salées) de préférence de bovins qui n'ont pas été traitées avec de la chaux ou d'autres agents alcalins ou avec des enzymes. Des exemples représentatifs de la préparation de cette messe préférée de fibrilles de collagène gonflées sont décrits dans la demande de brevet américain n 64.664 déposée le 24 octobre 1960.
Cette demande de brevet décrit également d'une manière générale, principalement dans un sens chimique, les autres traitements auxquels le boyau extrudé de fibrilles de collagène gonflées' est soumis pour réaliser le procédé de la présente invention.
Des parties prises dans l'exemple 1 de cette demande de brevet sont exposées ci-après pour montrer et expliquer le procédé et les traitements physiques utilisés dans l'invention, mais l'invention n'est pas limitée à cet exemple comme les spécialistes s'en rendront facilement compte.
Dans cet exemple, on lave des peaux de bovins fraîches à,l'eau froide à 13 C ou moins dans un tambour rotatif pendant . , 10 à 24 heures. Après lavage, on écharne les peaux au moyen d'une écharneuse et on élimine les poils et l'épiderme au moyen d'un couteau à ruban. Ce nettoyage préliminaire s'effectue au moyen de machines et d'outils de tannerie standard .
On coupe à la main les poils restants et les parties mal nettoyées et on groupe cinq peaux que l'on découpe en morceaux de 0,5 à 4 pouces carrés (3,2 à 25,8 cm2) puis on les réduit en pulpe en les faisant passer trois fois dans un hachoir à viande, chaque passe étant de plus en plus fine. Les première et seconde passes s'effectuent par des trous de 18 et 8 mm respectivement.
La passe finale s'effectue par des trous de 1,5 mm de diamètre.
<Desc/Clms Page number 14>
Il est important pendant le hachage de maintenir la pulpe en dessous de 20 C. , cet effet, on peut ajouter de la glace broyée aux peaux eu moment ou on les introduit dans le hachoir.
On dilue ensuite la pulpe broyée à l'eau courante à 16 C pour obtenir un magma contenant 7,4^% de matières solides sèches.
On traite ensuite ce magma (125 parties) avec 125 parties d'une solution aqueuse d'acide lactique à 2,4% on utilisant un mélangeur incliné tel que celui fabriqué par la Société Cherry Burell (modèle 24) pour former une masse homogène de fibrilles de collagène gonflées. Il est Important pendant cette opération de gonflement à l'acide de maintenir la température en dessous d'environ 25 C. Le mélange ainsi obtenu contient 3,7 % de matières solides de peau et 12, % d'acide lactique.
Après avoir mélangé la pulpe à l'acide, on disperse la masse de fibrilles de collagène gonflées dans un homogénéiseur approprié tel qu'un homogénéiseur Manton-Gaulin (modèle 125-K-5BS) pourvu d'une valve à deux étages et fonctionant avec une chute de pression de 1500 livres/pouce carré (105 kg/cm2). Dans la masse fluide finale de fibrilles de collagène gonflées ainsi préparées, les fibrilles individuelles sont libérées des faisceaux de fibres et les fibres sont dégagées des gaines.
Elles absorbent tout le liquide et gonflent pour passer d'un diamètre initial de l'ordre de 300 à 1000 à un diamètre maximum fraîchement gonflé (après 1 jour) de l'ordre de 15000
On filtre ensuite la masse fluide de fibrilles de collagène gonflées obtenue par le procédé décrit plus haut (qui n'est donné qu'à titre d'exemple et sans limitation spécifique) à travers un filtre présentant des trous de 7 mil (0,18 mm) pour éliminer toutes les matières collagènes non gonflées ainsi que les matières non collagènes après quoi la masse est prête à être extrudée.
<Desc/Clms Page number 15>
Suivant l'invention, on effectué la répartition désirée des fibrilles de collagène dans le boyau en utilisant un mécanisme d'extrusion perfectionné comprenant-des passages entre des éléments plats qui peuvent tourner les\uns par rapport aux autres autour d'un axe central qui s'étend dans le sens général de l'extrusion, de préférence verticalement, l'élément plat intérieur a de préférence la forme d'un disque de diamètre notablement supérieur à son épaisseur axiale et comportant une surface supérieure plane en substance perpendiculaire au sens de l'extrusion.
La surface supérieure de 1'élément ou disque intérieur est placée à courte distance d'une face plane coopérantede de l'élément extérieur formant entre elles un passage d'extrusion supérieur mince et plat communiquant avec une chambre de \ décharge annulaire au centre du disque, ,qui s'étend parallèlement au sens d'extrusion général.
Une masse fluide de fibrilles de collagène gonflées est: refoulée sous pression dans le sens de l'extrusion et est pressée contre la face inférieure de l'élément ou disque intérieur de \ l'extrudeuse dans l'espace séparant les éléments intérieur et extérieur. La pression d'alimentation dirige la masse de fluide radialement vers l'extérieur, par le passage inférieur relativement, profond, vers la périphérie'du disque où elle passe autour du bord circonférentiel du disque dans le passage d'extrusion plat supérieur, qui est de préférence moins profond que le premier passage ou passage inférieur.
Dans le passage d'extrusion supérieur, le mouvement de rotation ininterrompu du ou des organes d'extrusion crée une tension circulaire dans la masse fluide des fibrilles de oollagéne gonflées qui présente des propriétés visco-élastioues. Une matière visco-élastique est une matière ayant des propriétés élastiques et visqueuses, c'est-à-dire que, quoique la matière soit visqueuse, elle possède une certaine élasticité de forme.
<Desc/Clms Page number 16>
EMI16.1
En soumettant une matière visc 4 T,tiaue à des forces de rotation, on crée une tension circulaire dans cette matière qui contracte la matière radialement vers le centre de rotation plutôt que vers l'extérieur comme c'est normalement le cas avec d'autres genres de fluide, par exemple de l'eau. Ce phénomène est appelé "effet Weissenberg". La tension circulaire ainsi créée dans la masse visco-élastique de fibrilles de collagène gonflées refoule la masse de collagène radialement vers l'intérieur depuis la périphérie du disque le long du passage d'extrusion supérieur vers la chambre de décharge annulaire centrale d'où elle est éxtrudée sous forme d'un tube dans un bain de déshydratation ou de coagulation.
La nouvelle extrudeuse de l'invention utilise donc la propriété visco-élastique de la'masse de fibrilles gonflées pour diminuer notablement la pression d'extrusion. De plus, en soumettant la masse de collagène à une action de cisaillement régulière par les éléments de 1'extrudeuse dans un sens trans- versal au sens de l'extrusion, on disperse tous les agglomérats de collagène rassemblés et on effectue une répartition uniforme des différentes fibrilles de collagène dans la masse fluide qui pénètre dans la chambre de décharge.
On atteint la répartition désirée des fibrilles de collagène gonflées en soumettant en substance toutes.les fibrilles dans les passages d'extrusion étrolits à des forces de rotation transversales régulières agissantedans des plans espacés parallèles aux forces d'extrusion, fatales. En soumettant les fibrilles à des forces planes parallèles, on croit qu'on obtient une répartition parallèle'plane des fibrilles tandis que les forces de cisaillement rotatives. effectuent une orientation statistique des fibrilles dans ces plans parallèles, mais la Demanderesse n'entend pas se limiter à cette théorie de fonctionne- ment, comme expliqué plus loin dans ce mémoire.
Simultanément,
<Desc/Clms Page number 17>
la masse fluide de fibrilles est prêtée de toute rupture par broyage, turbulence et contacts de rupture lorsqu'elle passe dans les passages plats et lisses ménagés dans l'extrudeuse.
Suivant le procédé de la présente invention, on extrude un tube en collagène en refoulant une masse visco-élastique fluide de fibrilles de collagène gonflées vers le haut sous pression dans une zone annulaire intérieure lisse concentridue à un axe longitudinal qui s'étend dans le sens de l'extrusion, en dirigeant le courant de fibrilles gonflées pendant une partie de son trajet dans la zone annulaire radialement vers l'extérieur puis radialement vers l'intérieur (sous l'action des forces de tension circulaires de l'effet Weissenberg) dans la zone de sortie annulaire.
A cet effet on utilise des zones planes espacées reliées entre elles qui s'étendent latéralement par rapport au sens général d'extrusion et on soumet les fibres de collagène gonflées dans les zones planes à des forces de cisaillement transversales au sens d'extrusion pour répartir uniformément les fibrilles de collagène contenues dans la masse qui,rentre dans la zone annulpire.
Bien entendu, la description générale qui précède et la description détaillée qui suit ne sont données qu'à titre d'exemple et ne.limitent l'invention en aucune façon.
Pour bien faire comprendre l'invention on se référera ci-après, à. titre d'exemple, aux dessins annexés dans lesquels: la Fig. 1 est une coupe verticale d'une forme d'exécu- tion de l'invention; la Fig. 2 est une coupe verticale semblable à la Fig. 1 d'une seconde forme d'exécution de l'invention; la Fig. 3 est une coupe verticale semblable à la Fig. 1 d'une troisième forme d'exécution de l'invention;
<Desc/Clms Page number 18>
'la Fig. 4 est une coupe verticale semblable à la Fig. 1- d'une quatrième forme d'exécution de l'invention; la Fie. 5 est une vue en plan schématique, à plus grandeééchelle, de la paroi d'un corps tubulaire extrudé montrant la répartition anarchique des fibrilles de collagène qui semble se produire;
et la Fig. 6 est une coupe de la paroi représentée sur la Fig. 5 suivant la ligne 6-6 de la Fig. 5.
Dans les formes d'exécution préférées de l'invention représentées à titre d'exemple dans les dessins annexés, la Fig. 4 montre d'une manière plus ou moins schématique une construction aimple suivant l'invention. Dans cette forme d'exécution, l'homogénéisation et la répartition des fibrilles de collagène sont effectuées au moyen d'un seul disque tournant..
Comme le montrent les dessins, l'extrudeuse de la Fig. 4 comprend une conduite 100 par laquelle la masse fluide de fibrilles de collagène gonflées est introduite sous une pression hydraulique appropriée dans l'extrudeuse. L'extrudeuse comprend un corps cylindrique.102 qui est percé d'une ouverture centrale formant un passage vertical cylindrique,105 qui le traverse de part en part.
Un mandrin creux 108 est placé axialement dans le corps 102. L'extrémité inférieure du mandrin traverse une base 109 et est fixée à une équerre de support 111 montée sur un bâti approprié (non représenté) qui supporte l'extrudeuse dans une position verticale.
Le corps 102 est recouvert d'un couvercle cylindrique 104 qui est fixé à sa face supérieure plane 103 par des boulons à tête fraisée 101. Le couvercle 104 est également percé d'une ouverture centrale, en 106, formant l'embouchure ou l'ouverture centrale de l'extrudeuse à partir de laquelle le boyau extrudé C est représenté de manière fragmentaire montant verticalement à partir de l'orifice d'extrusion.
<Desc/Clms Page number 19>
L'orifice d'extrusion annulaire 110 est formé entre l'ouverture 106 du couvercle 104 et le mandrin 108.
A cet effet, le mandrin 108 comporte une section supérieure élargie 112 qui s'étend dans l'ouverture 106 ménagée dans le couvercle 104. Le mandrin 108 se termine à niveau avec la face supérieure du couvercle 104 et est espacé de la périphérie de l'ouverture 106 pour former la chambre de décharge verticale annulaire et l'orifice 110 entre eux pour extruder le boyau tubulaire C vers le haut.
Suivant l'invention, des moyens sont prévus pour soumettre la masse de fibrilles de collagène gonflées à l'action de cisaillement d'un disque plat tournant avant d'extruder la masse par l'orifice 110. Suivant l'invention, ce disque tournant est de préférence placé de façon que la masse fluide soit forcée de se déplacer en contact avec sa face tournante inférieure puis de passer autour de son périmètre et de revenir sur sa face supérieure par des passages formés entre les faces tournantes inférieure et supérieure du disque et des surfaces planes placées au-dessus et en dessous du disque.
Comme le montrent les dessins, le disque 114, qui estrelativement mince et large, est monté de manière à tourner autour de l'axe central de l'extrudeuse et a la forme d'une collerette formée sur l'arbre' d'entraînement tubulaire 116 qui s'étend vers le bas à partir de la face inférieure .du disque dans l'ouverture centrale ménagée dans le corps 102 et qui dépasse de son extrémité inférieure. L'extrémité de l'arbre 116 qui s'étend vers le bas est pourvue d'un pignon extérieur 120 qui peut être entrainé par un mécanisme approprié quelconque et une source de force motrice, non représentée. Le pignon 102 fait partie d'une buselure 122 qui entoure l'extrémité inférieure de l'arbre 116 et qui y est fixée par une vis d'arrêt 123.
<Desc/Clms Page number 20>
Comme le montrent les dessins, le,disque 114 est relativement grand et relativement mince. Ses faces'supérieure 130 et inférieure
132 sont toutes deux planes et s'étendent en substance sur la totalité du diamètre du disque à partir de l'arbre d'entraînement central 116.
Suivant l'invention, des moyens sont prévus pour amener la masse fluide de fibrille s de collagène gonflées à se déplacer sans à-coups sous pression dans une chambre de mélange d'un endroit situé près de la partie intérieure ou centrale de la face inférieure 132 du disque 114 radialement vers l'extérieur sur la face inférieure du disque où le collagène est soumis à une action de cisaillement rotative comme décrit plus haut. De plus, ce premier passage ou passage inférieur est conçu de manière à aller en diminuant vers l'extérieur vers le périmètre du disque de sorte que l'action de cisaillement entre le dessous du disque tournant et la surface plane opposée dù corps'7.02 devient plus intense à mesure que la matière se déplace en dessous du disque.
A cet effet, la surface intérieure supérieure du corps 102 a la forme d'une chambre cylindrique ou cuvette 134 placée en dessous de la majeure partie de la surface inférieure 132 du disque 114. La surface inférieure plane 136 de la chambre'134 est, comme le montrent les dessins, inclinée vers le bas et vers le centre de manière à procurer une surface plane eh dessous du disque de section essentiellement triangulaire dont la zone la plus profonde est adjacente à la partie centrale de l'extrudeuse.
Comme le montre la partie gauche de la Fig. 4, des moyens sont prévus pour introduire la masse fluide au centre de la chambre de mélange 34 par la conduite d'entrée 100. A cet effet, un canal 138 communique avec l'extrémité intérieure filetée de la conduite 100 et s'enfonce vers l'intérieur puis vers le haut pour introduire la matière près de la partie la plus profonde de la
<Desc/Clms Page number 21>
chambre 134. Quoiou'une seule entrée soit représentée, plusieurs entrées peuvent être prévues pour introduire la matière à différents points espacés autour de la partie inférieure intérieure de la chambre 34 et près de celle-ci.
La surface inclinée plane 136 s'étend de préférence vers le haut et vers l'extérieur jusqu'à un endroit proche du périmètre du disque 114 mais est aplatie cet endroit pour former,la surface annulaire horizontale 140. La partie finale du passage inférieur plat est horizontale.
Suivant l'invention, la matière fluide monte verticalement lorsqu'elle atteint le périmètre du disque rotatif et revient ensuite radialement vers l'intérieur sur le dessus du disque tournant jusqu'à ce qu'elle atteigne l'orifice d'extrusion 110, A cet.effet, un passage vertical 144 est prvu entre le périmètre du bord vertical du disque tournant 114 et un bord coopérant 146 formé dans le bloc 102. Un passage horizontal plat relativement étroit 148 est prévu entre le dessus du disque tournant plat 130 et la face horizontale inférieure plane 150 du couvercle supérieur 104 pour assurer un déplacement visco-élastique de la matière fluide radialement vers l'intérieur. Ce passage 148 communique à sa partie intérieure ou centrale avec la chambre d'extrusion verticale et l'orifice 110.
Suivant l'invention, et, comme décrit plus en détail avec réf4rence à la Fig. 1, des moyens sont prvus pour soumettre le boyau tubulaire extrudé C à un traitement de coagulation aussitôt qu'il sort de l'orifice d'extrusion. A cet effet, la paroi intérieure et la paroi extérieure du boyau montant sont immergées dans des colonnes montantes de liouide coagulant aussitôt oue le boyau tubulaire sort de l'orifice d'extrusion. Pour obtenir la aolonne de liquide intérieure, on utilise l'intérieur creux du mandrin 108.
<Desc/Clms Page number 22>
Le boyau produit par l'extrudeuse de la Fig. 4 (ainsi que par celle décrite ci-après) est en général uniforme et homogène. Un exemen microscopique montre que les fibrilles de collasse formpnt le boyau sont orientées d'une manière anarchique mais parallèlement aux plans courbes.formant la surface de la paroi du boyau. Les Figs. 5 et 6 sont des vues schématiaues, à plus grande échelle de cette disposition des fibrilles de collagène qui semble exister dans la paroi du boyau fraîchement extradé avant séchage.
Les fibrilles sont apparemment ainsi disposées par les faces du disque tournant qui coopèrent avec les faces planes
EMI22.1
feronnt les passages de mélange supérieur et inférieur.
Cat. , ,er3 plus haut, en substance toute la masse de collagène '' '-t cazxtenu'..: .ns les passases, en particulier dans le passage supérieur, eb'-'nfluenceo par l'une ou l'autre des faces planes du disque et/ou le,., "4%ces opposées du corps. Normalement., les fibrilles de co7.lagn'::ndent à s'orienter dans le sens de l'extrusion. Avec les faces 130 et 150 par exemple qui exercent des actions de cisaillement transversales opposées sur les parties sup4rieure et inférieure de la masse de collagène qui se d4place radiale.ment vers 1'intérieur dans le passage supérieur 148, les fibrilles de collagène sont soumises à une combinaison de forces. Mais dans l'ensemble ces forces de cisaillement rotatives agissent dans des plans parallèles à la force d'extrusion linéaire.
Cela étant, les fibrilles de collagène semblent être disposées parallèlement aux faces planes du passage. Cette disposition apparemment anarchique mais parallèle semble être conservée lorsque les fibrilles passent dans la chambre d'extrusion verticale relativement courte 110 et sont extrudées sous forme d'un boyau tubulaire en collagène dont les fibrilles de collagène sont orientées statistiquement mais sont parallèles à la surface du boyau. Les fibrilles contenues dans les zones les plus proches des parois cylindriques verticales de la chambre 110 peuvent
<Desc/Clms Page number 23>
s'orienter d'elles-mêmes plus ou moins longitudinalement et augmentent ainsi la résistance à la traction longitudianle du boyau final.
Dans la. forme d'exécution représentée sur la Fig. 1, l'extrudeuse 10 est représentée avec beaucoup plus de détails.
Par comparaison avec la vue plutôt simple et schématique de la Fig. 4 qui comporte un disque tournant entre des surfaces planes immobiles, l'extrudeuse de la Fig. 1 comporte des surfaces pla-.., nes situées de part et d'autre d'un disque tournant et qui tournent elles-mêmes dans le sens inverse du disque de manière à augmenter les forces de rotation planes imprimées à la masse de fibrilles fluide extrudée. L'entrudeuse 10 est de préférence montée pour travailler verticalement afin d'extruder la masse aqueuse de fibrilles de collagène sous forme d'un boyau tubulaire dans un bain de déshydratation ou de coagulation à recirculation qui circule axialement en contact avec les faces intérieure et extérieure de la paroi du boyau tubulaire.
Le traitement de coagulation et les traitements ultérieurs diminuent finalement l'épaisseur de paroi du boyau qui au départ est par exemple de 14 mils (0,36 mm) pour aboutir à un boyau très mince à sec ayant une épaisseur de paroi de l'ordre de 1 mil (0,025 mm) comme décrit plus en détail dans la demande de brevet belge de même date ' intitulée "Procédé pour fabriquer un boyau tubulaire en collagène".
Ltextrudeuse comprend un corps fixe en substance cylindrique 12 auquel un couvercle sup4rieur 14 et un couvercle inférieur 16 sont fixés par des boulons 17. Les couvercles 14 et 16 obturent les extrémités du corps 12 et un bâti approprié (non représenté) fixé au corps 12 supporte l'extrudeuse 10 dans une position verticale.
Le support central principal pour les parties mobiles de l'extrudeuse est formé par un mandrin creux 18 fixé coaxialement dans le corps 12 à une certaine distance de ce dernier. Le mandrin
<Desc/Clms Page number 24>
comporte une partie supérieure à épaulements 19 qui s'étend dans une ouverture centrale 15 ménagée dans le couvercle 14 et qui se termine de niveau avec la face supérieure 20 du couvercle.
La surface cylindrique de la partie 19 est espacée de la périphérie de l'ouverture 15 tandis- que l'épaulement est arrondi et est espacé du dessous complémentaire du couvercle 14 pour former un passage de décharge fixe 17 comprenant une section annulaire longitudinale 21 qui est reliée à une section latérale plane.
L'extrémité inférieure du mandrin 18 traverse une ouverture centrale appropriée ménagée dans le couvercle inférieur ou fond 16 et estpourvue d'une bride d'extrémité 22 qui est fixée contre ce dernier par des boulons dont un seulement est représenté. Pour faciliter l'assemblage de l'extrudeuse 10 dans sa position active représentée, le mandrin 18 est contre-alésé. à son extrémité inférieure pour redevoir une buselure creuse taraudée 24.
Suivant l'invention, la masse de fibrilles de collagène gonflées à extruder passe entre les faces planes tournantes de deux disques rotatifs. Comme le montre le dessin, 4eux disques intérieur et extérieur 28 et 30 concentriques'emboîtés l'un dans l'autre et espacés l'un de l'autre sont montés de manière à tourner'l'un par rapport à l'autre, de préférence en sens inverses, autour de l'axe central de l'extrudeuse. Le disque intérieur 28 comprend un plateau supérieur discoîde plat 32 'fixé à un arbre d'entraînement tubulaire 34 qui entoure le mandrin 18 et s'étendant latéralement depuis ce dernier.
Le disque extérieur 30 est affouillé de manière à enserrer le disque intérieur 28 et est pourvu d'un plateau horizontal supérieur 36 fixé à une couronne horizontale inférieure 40 formée sur l'extrémité supérieure d'un arbre d'entraînement tubulaire vertical concentrique extérieur 42.
<Desc/Clms Page number 25>
Le disque 30 comporte une surface inférieure en substance plane 44 sur la base 46 qui s'étend vers l'intérieur depuis le plateau 36. La surface inférieure 44 est parallèle à la face supérieure du plateau 32 et est espacée de celle-ci pour former un passage d'extrusion supérieur en substance plat et relativement étroit 50 entre elles qui est lisse et ininter- rompu. Une chambre de mélange inférieure en substance plane 51 est également formée entre la face supérieur 52 de la couronne 40 et la face inférieure 54 du disque intérieur 32.
La chambre 51 qui est légèrement plus profonde que le passage d'extrusion 50 communique avec ce dernier autour du bord circonférentiel 58 du disque 32 pour former un trajet continu lisse pour la masse de fluide qui s'écoule dans le passage 50 vers la chambre de décharge 17. Pour distribuer du fluide contenant des fibrilles de collagène dans la chambre et le passage, la surface intérieure supérieure de l'arbre 42 est pourvue d'un épaulement annulaire 41 qui s'étend vers l'intérieur près de la paroi périphérique extérieure de l'arbre 34 et qui forme l'extrémité inférieure d'une chambre de distribution annulaire 43 entre les arbres 42 et 34. L'extrémité supérieure de la chambre 43 communique avec la chambre 51 comme le montrent les dessins.
Un anneau d'étanchéité 45 obture l'extrémité inférieure de la chambre 43 de façon étanche pour empêcher toute contamination de la masse de collagène y contenue.
Les arbres d'entraînement 34 et 42 sont disposés concen- triquement et coaxialement dans le corps 12 comme le montre la Fig. 1, l'arbre d'entraînement intérieur 34 étant placé près du mandrin 18 et l'arbre d'entraînement extérieur 42 étant radialement décalé vers l'extérieur de ce dernier.
Pour faire tourner les arbres d'entraînement 34 et 42, on les munit à leurs extrémités inférieures de pignons à denture conique 60 et 62., respectivement. Le pignon 62 comprend un écrou de blocage 61 vissé sur la face extérieure de l'arbre 42, une couronne dentée conique 63 étant fixée à l'écrou de blocage 61
<Desc/Clms Page number 26>
des boulon.: 65. Le pLgnon 60 comprend un moyeu 67 vissé sur la face extériqure de l'arbre 34 et une couronne conique 69 fixée au moyeu 67 par des boulons 71. Les couronnes dentées coniques ! 63 et 69 sont opposées l'une à l'autre et sont engrenées par un pignon commun 64. La rotation du pignon 64 fait tourner les arbre: 34 et 42 et par conséquent les disques 28 et 30 en sens inverses..
Le pignon 64 est fixé sur l'extrémité d'un arbre 66 tourillonnant dans des roulements espacés 68 et 70 montés dans un palier 72 encastré dans la paroi du corps 12. Un chapeau 74 qui encercle l'arbre 66 ferme le palier 72 et peut être facilement enlevé pour accéder au palier lorsqu'il le faut.
L'arbre 66 est entrainé par une source de forme motrice appropriée telle qu'un @oteur et un réducteur (non représentés) pour faire tourner les disques 28 et 30 en sens inverses. fes arbres d'entraînement 42 et 34 sont maintenus radialement espacés et axialement en ligne dans le corps 12 de la- façon suivante :
La périphérie extérieure de l'arbre 42 près du disque 40 comporte un épaulement 76 qui porte sur la bague intérieure d'un roulement 80 placé entre la périphérie extérieure de l'arbre 42 et la périphérie intérieure du corps 12.
Le,chemin de roulement intérieur du roulement est à son tour supporté sur une rondelle 82 portant- sur ! le chemin de roulement intérieur d'un second roulement 84 dont le che- min de roulement extérieur repose sur un épaulement annulaire 86 for- mé dans la périphérie intérieure du corps 12. le chemin de roulement ' intérieur du roulement 84 repose sur la face supérieure de l'écrou de blocage 61 qui maintient l'ensemble axialement en place. Une'vis d'a- rêt 78 vissée dans la paroi du corps 12 est capable de supporter le chemin de roulement extérieur du roulement 80 et de maintenir les rou- -lements 80 et 84 alignés et espacés entre le corps 12 et l'arbre 42.
<Desc/Clms Page number 27>
L'extrémité supérieure de l'arbre 34 est radialement décalée vers l'extérieur près de l'épaulement 41 et forme une nervure annulaire 88 sur sa périphérie extérieure. La nervure 88 porte sur le chemin de roulement intérieur d'un roulement 90 qui est à son tour supporté sur une douille 92 portant sur un second roulement 94 entre les arbres 42 et 34. Le chemin de roulement extérieur du roulement 90 supporte le dessous de l'épaulement 41.
Un écrou de blocage 96 vissé sur la périphérie extérieure de l'arbre 34 supporte le roulement 94 et maintient tout l'ensemble axialement en place entre les arbres 42 et 34. Une vis d'arrêt 98 vissée dans la paroi de l'arbre 42 est capable de supporter le chemin de roulement extérieur du roulement 90 et de le maintenir aligné entre les arbres 42 et 34 tandis qu'une rondelle de butée 60 contribue à maintenir l'arbre 42 et le moyen denté 67 sur, l'arbre 34 axialement espacés l'un de l'autre. L'espace séparant les disques 28 et 30 en dessous du passage 43 et l'espace séparant la périphérie extérieure du disque 30 de la périphérie intérieure du corps 12 sont de préférence remplis d'un lubrifiant approprié 'tel que du glycérol.
Un anneau d'ûtanchéité161 isole la chambre de décharge 17 de l'intérieur du corps 12 pour empêcher le lubrifiant de s'infiltrer dans la chambre 17.
La masse fluide homogénéisée de fibrilles de collagène gonflées préparée comme décrit plus haut est introduite sous pression par des pompes appropriées(non représentées) dans l'extrudeuse 10 par une conduite d'alimentation 162. La masse de collagène provenant de la conduite d'alimentation 162 est pompée par un conduit intermédiaire 164 formé dans le fond 16 et une ouverture alignée 166 ménagée dans le mandrin 18 dans un passage annulaire axial allongé 168.
<Desc/Clms Page number 28>
Pour former le passage 168, une douille 170 est placée concentriquement dans le mandrin 18 La paroi intérieure du mandrin
18 au voisinage de la douille 170 est contre-alésée par exemple en 172. L'extrémité inférieure du passage annulaire 168 est obturée de-façon étanche par un anneau d'étanchéité 174 pour isoler le pas- sage 168 de l'intérieur de la douille 170.
La masse de collagène qui pénètre dans le passage 168 monte dans ce dernier. Près de l'extrémité supérieure de ce passage, . la masse de collagène passe par plusieurs lumières de sortie radiale- ment espacées 176 ménagées dans le mandrin 18 dans une chambre récep- trice annulaire 178. La chambre 178 est formée par le décalage radial 88 de l'arbre 34 et est délimitée par la surface cylindrique exté- rieure du mandrin fixe 18, la surface cylindrique intérieure de l'arbre mobile 34, le dessous du disque 32 et la face supérieure de la nervure 88.
Des anneaux d'étanchéité opposés 179 isolent les extrémités supérieure et inférieure de la chambre 178 pour empêcher toute,contamination de la masse homogène par le lubrifiant de l'extru- deuse. A partir de la chamore 178, la masse de collagène est refou- lée par un second groupe de lumières radiales espacées 180 ménagées dans.l'arbre 34 qui procurent une communication étranglée avec la chambre de distribution annulaire 43.
Un mélange initial des fibres de collagène est réalisé lorsque le collagène est refoulé par les lumières 180 car ces lumiè- res 180 qui sont ménagées dans l'arbre 34 tournent normalement pendant le passage du collagène.
La masse de collagène fluide contenue dans la chambre 43 est soumise à un second mélange préliminaire car les organes qui délimitent la chambre 43 sont entraînés en rotation en sens inverses. ,
A partir de la chambre 43, la masse de collagène pénètre dans la chambre de mélange plane latérale 51. Dans la chambre 51, une homo- généisation parfaite est effectuée par l'action des surfaces planes
52 et 54 qui tournent en substance en sens inverses. Les surfaces
52 et 54 brisent en dispersent les agglomérats de fibrilles de colla-' gène contenus dans la masse fluide. Ces agglomérats ou accumulations'
<Desc/Clms Page number 29>
de fibrilles de collagène se forment parfois dans la masse de colla- ! gène gonflée en dépit des opérations de filtrage prévues pendant la préparation de la matière à extruder.
Des fibrilles de colla- gène gonflées possèdent en général une élasticité du genre caoutchouc.
Les agglomérats de fibrilles de collagène gonflées peuvent s'accomo- ' der des orifices des filtres, en se divisant pour traverser les filtres et en reprenant leur état initial une fois qu'ils ont traver- sé les filtres.
Pour disperser ces agglomérats en leurs fibrilles gonflées constituantes, l'invention leur applique une force de dispersion directe. Les surfaces 52 et 54 transmettent une action de cisaille- ment à la masse de collagène qui se déplace dans la chambre 51.
Cette action de cisaillement applique la force de dispersion dans la masse de collagène et tend à briser ou à disperser les agglomérats de fibrilles de collagène dans la masse. L'action de cisaillement - des surfaces 52 et 54 est en général transversale à la masse de col- lagène qui se déplace radialement vers l'extérieur dans la chambre 50.
A la périphérie du disque 32, la masse fluide contenue dans la chambre 50 passe autour du bord 58 dans le passage d'extrusion 50.
Dans le passage 50, la-masse de fibrilles de collagène fluide est homogénéisée par les faces planes tournant en sens inverses 44 et 48 qui délimitent le passage 50. Les faces 44 et 48 transmettent une seconde action de cisaillement transversale à la masse de collagène quie déplace radialement vers l'intérieur du disque 32 vers la chambre de décharge 17. Cette seconde action de cisaillement trans- versale assure que tous les agglomérats de fibrilles de collagène restants soient dispersés avant que la masse de collagène soit déchar- gée sous forme d'un boyau.
Comme on l'a indiqué plus haut, le passage supérieur 50 est plus étroit ou moins profond que la chambre inférieure 51.
Ainsi, dans le passage 50, pratiquement toute la masse de collagène
<Desc/Clms Page number 30>
est affectée par l'une ou l'autre face 4 et 48 formant le passage 50.
En exerçant une action de cisaillement transversale dans toute l'épaisseur de J.a Masse collagène contenue dans le passage 50, on soumet pratiquement tous les agglomerats de collagène restants à cette action de cisaillement pour les éliminer de la masse avant de la ducharger.
La masse de collagène gonflée contenue dans le passage 50 se déplace radialement vers l'intérieur entre les faces tournantes 44 et 48 et pénètre dans la section plane alignée 23 de la chambre de décharge fixe 17 d'où elle est extrudée vers le haut par la sec- tion longitudinale annulaire 21, sous forme d'un boyau continu, dans un bain de déshydratation à recireulation.
Le bain de déshydratation ou de coagulation est remis en circulation dans un circuit fermé qui comprend un distributeur cylin- drique 182 qui entoure l'ouverture 15 ménagée dans le couvercle 14 près'de la chambre de décharge 17. Une colonne verticale 184 est supportée sur le distributeur 182 et l'intérieur de la colonne 184 communique avec le distributeur 182. Le liquide coagulant pénètre dans le distributeur 182 par une conduite 186 et un conduit aligné 188 ménagé dans le paroi du distributeur 182 puis dans la colonne 184 où il monte verticalement contre l'extérieur du boyau extrudé.
Le liquide coagulant est également introduit à l'intérieur du boyau extrudé par une autre conduite 190 qui communique avec l'in- térieur du mandrin 18. La fraction du liquide qui provient de la , conduite 190 monte dans le mandrin en contact avec la paroi et la face intérieure du boyau extrudé mais à un débit considérablement infé- rieur à celui du liquide qui circule à l'extérieur du boyau afin de ' protéger les parois du boyau contre une rupture et un frottement excessif du liquide. La fraction de liquide contenue dans le boyau est renvoyée,par un tube de trop-plein 182 placé axialement dans le mandrin 18 et s'étendant vers le haut jusqu'à l'extrémité supérieure de là colonne 184.
La partie du liquide qui pénètre dans la colonne 184 par le distri'buteur 182 et qui est en contact avec la périphérie
<Desc/Clms Page number 31>
du boyau extrudé est déchargée à l'extrémité supérieure de la colonne' 184 dans un réservoir (non représenté).
Puisque la densité du boyau tubulaire extrudé est notable- ment inférieure à celle du liquide coagulant (par exemple une solu- tion de 40% de sulfate d'ammonium) le boyau tubulaire tend à flotter , , dans le bain coagulant ce qui diminue la traction nécessaire pour l'amener à des traitements de conditionnement ultérieurs.
Un autre avantage obtenu en utilisant l'extrudeuse 10 (ainsi que les autres formes d'extrudeuse représentées) réside dans l'utilisation bénéfique des caractéristiques visco-élastiques de la masse fluide de fibrilles de collagène gonflées pour diminuer les pressions d'extrusion requises. La tension circonférentielle déve- j loppée dans une telle masse est directement proportionnelle à la longueur du temps pendant lequel la matière est soumise aux forces de rotation appliquées ainsi qu'à la quantité de matière entraînée en rotation.
Dans la chambre 51, la tendance de la masse de collagène visco-élastique à se déplacer d'une manière centripète sous l'action de la tension circonférentielle doit être surmontée parce que cette masse se déplace radialement vers l'extérieur sous la pression d'ali- mentation hydraulique tout en étant entraînée en rotation par les organes 28 et 38. Maisle phénomène visco-élastique est extrêmement avantageux lorsque la masse atteint le passage 50 qui, comme le mon- tre le dessin, est plus long et plus étroit que la chambre 51 de sorte que pratiquement toute la masse ae collagène y contenue est affectée par la rotation de l'une ou de l'autre des faces 4, 48.
Cela étant, en passant dans le passage 50, la masse de collagène subit plus profondément les forces rotatives qui y sont appliquées et la tension circonférentielle développee dans la masse est par con- sequent accrue. Par conséquent, l'effet de contre-circulation de la tension circonférentielle développée dans la masse de collagène
<Desc/Clms Page number 32>
lorsqu'elle passe radialement vers l'extérieur dans la chambre 51 est . plus que compense par sa circulation centripète désirée sous la ten- sion circonférentielle elevée développée dans le passage 50.
Par exemple, en pratique, avec des disques 2 et 30 qui tournent à 100-125 tours/minute en sens inverses pendant l'introduc- tion de la masse de collagène gonflée,'une pression d'alimentation hydraulique de 40 à 50 livres/pouce carré (2,8 à 3,5 kg/cm2) est requise pour extruder sans interruption 25 pieds (7,5 m) de boyau par minute tandis qu'avec les disques 23 et 30 arrêtés, une pression de 70 à 90 livres/pouce carré (4,9 à 6,3 kg/cm2 est nécessaire à cet effet. Les pressions d'extrusion moindres sont le résultat de l'utilisation des propriétés visco-élastiques de la masse de colla- gène plastique pour aider à extruder la masse sous la forme d'un boyau continu..
La Fig. 2 represente une variante d'extrudeuse dans laquel- le,des moyens sont prévus pour extruder la masse de collagène fluide. sous forme d'un boyau tubulaire par une chambre à orifice annulaire courte comprenant des parois tournant en sens inverses plut8t qu'une chambre à orifice fixe comme sur la Fig. 1. Dans cette forme d'exécu- tion, l'extrudeuse 210 comprend un corps extérieur 211 comportant une section cylindrique 212, une bride annulaire 214 de section en sub- stance en L et une bride annulaire inférieure 216. Un couvercle an- nulaire 215 est fixé sur la bride annulaire 214 et enferme la section supérieure du corps 211.
L'extrudeuse 210 comprend un distributeur de fibrilles de collagène désigné d'une manière générale en 217 et placé coaxialement dans le corps 211. Le dispositif 217 comprend deux organes espacés concentriques tournant l'un par rapport à l'autre 218 et 220 montés pour tourner autour de l'axe central de l'extrudeuse. L'organe inté- rieure 218 comprend un plateau discoïde supérieur 222 fixé à une bride annulaire 219 formée sur l'extrémité supérieure d'un arbre d'entraînement tubulaire 224. et s'étendant latéralement depuis celle-
<Desc/Clms Page number 33>
ci.
L'organe extérieur 220 présente une section cylindrique inver- ; sée 226 et est fixé à un épaulement transversal annulaire 228 formé ; sur l'extrémité supérieure d'un second arbre d'entraînement tubulai- re 230. '
La face inférieure plane 232 de la base 234 de la section 226 est montée près de la face supérieure 236 du plateau 222 et à une certaine distance de celle-ci pour former un passage d'extrusion ; radial en substance plat 238 entre elles. De pius, la face supé- rieure 240 de l'épaulement 228 est en partie inclinée et forme avec le dessous 242 du disque 222 une cnambre de mélange annulaire tronconique inversée 244.
La chambre 244 communique avec le passage d'extrusion 238 autour du bord circonférentiel 246 du disque 222 pour former un trajet d'écoulement lisse et continu pour le fluide partant de la périphérie extérieure de l'arbre d'entraînement tu- ; bulaire 224.
L'organe 218 est pourvu à son extrémité supérieure d'une lèvre annulaire relativement courte 247, au centre du disque 222, qui s'étend dans une ouverture centrale 248 ménagée dans la base 234 du disque 220. La lèvre 247 se termine à niveau avec la face supé- rieure 235 de la base 234. La lèvre 247 peut être venue d'une pièce avec l'arbre 224 ou peut être formée séparément et convenable- ment fixée sur le disque 222 ou sur l'arbre 224.
La périphérie de l'ouverture centrale 248 est espacée ae la surface cylindrique exté- ' rieure de la lèvre 247 pour former une chambre de décharge annulaire 250 raccordee à son extrémité inférieure à un passage d'extrusion plat 238 et formant un prolongement transversal annulaire de ce passa- ge.
Les arbres d'entraînement 224 et 230 sont disposés concen- triquement et axialement espacés dans le corps 211 comme le montre la Fig. 2. Les arbres traversent la bride inférieure 216 et sont pourvus près de leurs extrémités inférieures de couronnes dentées
<Desc/Clms Page number 34>
coniques 252 et 254 respectivement. La couronne dentée 252 comprend' un moyeu annulaire 256 vissé sur la surface cylindrique extérieure de l'arbre 224 et un anneau denté conique 258 fixé au moyeu 256 par des boulons'257. La couronne dentée 254 comprend à son tour un moyeu 260 calé sur la surface cylindrique extérieure de l'arbre 230. à une certaine distance au-dessus de l'extrémité infériéure de ce dernier. Un anneau dente conique 262 est fixé au moyeu 260 par des boulons 261.
Les dentures 258 et 262 sont opposées l'une à l'autre de manière à être engrenées par un pignon commun 264. La rotation du pignon 264 entraine les arbres 234 et 230 et par conséquent les organes 218 et 220, en sens inverses. Le pignon 264 est de construc- tion semblable au pignon 64 de la forme d'exécution décrite.plus haut et fonctionne de la même manière.
L'extrémité inférieure de l'arbre 224 traverse.une ouver- ture ménagée dans la partie inférieure 231 de l'arbre 230 et les arbres 224 et 230 sont maintenus radialement espacés et axialement en ligne dans le corps 211 de la façon suivante :
Deux roulements espaces 266 et 268 sont placés entre la périphérie cylindriq.ue extérieure de 1-'arbre 230 et la périphérie ' , cylindrique interieure de la section 212. Le roulement inférieur 268 porte sur la bride inférieure 216 et.les roulements sont bloqués en place sur la périphérie extérieure de l'arbre 230 par un jonc d'arrêt élastique 270 calé sur la périphérie extérieure de l'arbre 230,.
Un anneau d'espacement 272 et un anneaù d'étanchéité 274 iso- lent l'intérieur des roulements 266 et 268 de sorte qu'on peut ul- bril'ier les roulements sans risquer de contaminer le reste de l'ex- trudeuse..
Le dessous de la bride 219 porte'sur un roulement 276 placé entre les arbres 224 et 230. Le roulement 276 porte à son tour sur une douille 278 supportée sur un second roulement.280 maintenu sur l'extrémité Inférieure 231 de l'arbre 230. et placé entre les arbres 224 et 230. Un jonc d'arrêt élastique 281 sur la périphérie exté-
<Desc/Clms Page number 35>
rieure de l'arbre 224 contribuer supporter le roulement 280.
Des anneaux d'etancheité espacés 282 et 284 isolent l'intérieur des roulements 276 et 280 qui peuvent ainsi être lubrifiés.
L'extremite inférieure ae l'arbr intérieur 224 est ouver- te et est placée dans i'extrémité supérieure d'un boîtier ouvert 286.
L'arbre 224 s'ajuste avec serrage dans le boîtier 286 et obture 'son extrémité supérieure.
En fonctionnement, une masse homogénéisée de fibrilles de collagène gonflées est préparée comme décrit pour les formes d'exécution qui précèdent. Cette masse est introduite sous pres- sion au moyen d'une conduite d'alimentation (non représentée) par une lumière 288 foree dans la paroi cylindrique du boîtier 286 et pénètre dans une gorge annulaire étanche 290 formée dans la paroi cylindrique intérieure du boîtier. A partir de la gorge 290, la masse est refoulée par des lumières radiales espacées 292 ménagées dans l'extrémité inférieure de l'arbre 224 dans un passage annulaire axial oblong 294.
Pour l'orner le passage 294, une douille 295 est placée concentriquement dans :l'arbre 224. La paroi intérieure de l'arbre est contre-alésée au voisin ge de la douille 295 par exemple en 293 et la douille y est fixée. Un anneau d'étanchéité 291 obture l'extrémité inférieure du passage 294 de façon etanche et isole le passage de l'intérieur de la douille 295.
La masse fluide contenue dans le passage 294 remonte longi- tudialement dans l'arbre tournant 224 Près de l'extrémité supérieu- re de son passage, la masse passe par plusieurs lumières radiales espacées 296 ménagées dans l'extrémite supérieure de l'arbre 224 qui établissent une communication étranglée avec la chambre de mélange annulaire 244
Comme dans la forme d'exécution qui précède, la masse fluide de fibrilles de collagène gonflées se déplace radialement vers l'extérieur dans la chambre 244 entre les éléments 218 et 220
<Desc/Clms Page number 36>
qui tournent en'sens inverses.
A la périphérie du disque 222, la masse passe autour du bord 246 du disque dans le passage d'extru- sion plat et étroit 238. La masse est à nouveau soumise à l'action des éléments 218 et 220 qui tournent en sens inverses lorsqu'elle se déplace radialement vers l'intérieur dans le passage 238 vers la chambre de décharge annulaire transversale 250 formée par la lè- vre 247 et la base 234 de l'élément 220 qui tournent en sens inver- ses. La masse contenue dans la chambre 250 est extrudée de cette chambre sous forme d'un boyau continu par une ouverture 298 dans un bain de déshydratation à recirculation.
La fig 3 représente une autre variante de l'invention.
Dans cette forme d'exécution, le boyau est extrudé par une chambre de décharge annulaire formée par des parois tournant en sens inver- ses, ce passage étant notablement plus long que celui représenté sur, la Fig. 2.
Sous beaucoup de rapport, l'extrudeuse 310 de cette forme d'exécution est semblable au point de vue construction et fonction- nement à l'extrudeuse 210 représentée sur la Fig. 2. Mais, dans cette variante, la base 234 est pourvue d'une paroi annulaire lon- gitudinale 212 à la périphérie de l'ouverture centrale 248. Le dis- que 222 de la Fig. 2 est remplacé par le disque 314 qui est de construction et de fonctionnement semblables au disque 222 mais qui est sensiblement plus épais pour résister plus facilement aux pres- sions d'extrusion. Le disque 314 comprend une lèvre annulaire cen- trale allongée 316 qui coopère avec la paroi 312 pour former une chambre de décharge annulaire allongée 318'entre elles.
La paroi 312 et la lèvre 316 se terminent de niveau avec l'extrémité su- périeure du corps 211. La chambre 318 est placée en substance trais-' versalement au passage d'extrusion 320 formé par la base 234 et le disque 319 mais communique avec ce dernier à son extrémité infé- rieure. Le passage 320 est semblable au passage 238 de la Fig. 2.
<Desc/Clms Page number 37>
La masse de fibrilles de collagène gonfléesréparées comme dans les formes d'exécution qui précèdent est introduite sous' pression par la passage 294, la chambre 244 et le passage d'extru- sion 320 qui communiquent entre eux. Les arbres 224 et 23U sont entraînes en rotation en sens inverses pour effectuer la préparation uniforme des fibrilles de collagène cornue dans les formes d'exécu- tion qui précèdent. La masse de collagène contenue dans le passa- ge d'extrusion 320 est extrudée par la chambre de décharge annu- laire allongée 318 sous forme d'un boyau tubulaire aans le bain de déshyaratation à recirculation surjacent.
Dans cette forme d'exécution, les fibrilles de collagène sont extruaées par une chambre de décharge annulaire allongée 318 formée par les organes 312 et 316 qui tournent en sens inverses.
Le boyau produit suivant l'invention à l'aide de l'une quelconque de ces formes d'exécution peut être coagulé, durci, sé- ché, mis en accordéon et lié pour former un boyau à saucisses fa - cile à cuire et à manger.
Bien entendu, l'invention n'est en aucune façon limitée aux détails décrits, auxquels des changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.