CA1108461A - Procede et appareils de congelation rapide de produits alimentaires - Google Patents
Procede et appareils de congelation rapide de produits alimentairesInfo
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Abstract
La présente invention concerne la congélation rapide de produits alimentaires par mélange avec de la neige carbonique. On malaxe le produit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige carbonique en excès. On forme in situ un lit de neige carbonique divisé par malaxage puis on met en présence avec ledit lit de particules le produit alimentaire à l'état liquide ou pâteux, divisé au contact de la neige, jusqu'à formation de granules du produit alimentaire. Le procédé peut être mis en oeuvre dans différents appareils et est applicable dans le domaine alimentaire industriel et pour la fabrication de produits destines à la consommation ménagère.
Description
11~8461 La présente invention concerne un procédé et des appa~
reils pour la mise en oeuvre de la congélation rapide de produits alimentaires liquides ou pâteux en vue de l'emploi industriel et pour la fabrication de produits destinés à la consommation ména-gere.
En l'état actuel de la technique, les produits ou li-quides alimentaires visqueux sont congelés en récipients de volu-me variable, depuis 250 ml, par exemple, pour les jus de fruits concentrés jusqu'à 10 ou 20 litres pour les jaunes d'oeufs, en containers en matière plastique ou autres matériaux, et même 30 à 50 litres pour le jus d'orange conditionné en sac plastique.
La congélation en paillettes ou plaquettes par des cy-lindres refroidis ou des écailleuses n'est pas adaptée aux pro-duits considérés, elle ne convient qu'aux liquides de faible vis-cosité, comme l'eau par exemple. Les produits et liquides ali-mentaires visqueux sont donc traités suivant la technique de con-gélation en blocs.
La congélation en blocs des produits et liquides ali-mentaires visqueux, selon la pratique industrielle actuelle, pré-sente plusieurs inconvénients.
Dans tous les cas, le produit soumis au traitement decongélation est conditionné dans un emballage. Or, tout emballa-ge est onéreux et ceci d'autant plus que le volume unitaire est petit.
D'autre part, les congélations et décongélations sont lentes. Ainsi, la congélation en bloc de sacs de jus d'orange de 30 à 50 litres requiert un séjour de 24 à 48 heures en chambre froide et celle des oeufs en container environ 48 heures. Pen-dant ces durées prolongées de congélation, les produits alimen-taires risquent d'évoluer et de s'altérer au cours de ces opéra-tions. Dans le cas de la décongélation, une augmentation de la vitesse de celle-ci peut entraîner des surchauffes et provoquer '.
~F`
une détérioration de la qualité du produit, par exemple, s'il s'agit de décongeler un bloc de potage avec des moyens de cuisi-ne usuels.
De plus, il est nécessaire de décongeler un bloc entier ; car il est difficile de le fragmenter, ce qui empêche les utili-sations pratiques de petites quantités de produit. Pour la meme raison, les mélanges de produits à l'état solide congelés ne sont pas réalisables, alors que cette technique devrait pouvoir être utilisée pour effectuer différents dosages de produits finis ou à transformer.
I1 a été trouvé un procédé qui permet de pallier les inconvénients de la congélation en blocs. Ce nouveaux procédé
qui conduit à l'obtention quasi-instantanée de produits congelés en granulés est adapté aux applications industrielles et à des fabrications pour la consommation ménagère.
La congélation rapide des produits, dans de régulières et excellentes conditions de refroidissement, constitue une garan-tie pour le consommateur. La présentation sous forme de particu-les d'un produit alimentaire congelé donne la possibilité au con-sommateur de prélever uni'quement la quantité destinée à une uti-lisation immédiate, elle l'assure également d'une décongélation rapide qui élimine toute altération de la qualité. Ainsi, l'uti-; lisateur pourra prélever la quantité de jus d'orange congelé né-cessaire à la préparation d'un verre de jus de fruit et, aussitôt après avoir étendu d'eau, consommer la boisson prête à l'emploi.
Dans le cas de la congélation en bloc d'une boîte de jus d'orange, le consommateur devra attendre environ deux heures avant de pro-céder à la dilution du jus; durée normale de décongélation du contenu d'une boîte. De même, les inconvénients de la décongéla-tion des potages en blocs sont supprimés.
La nouvelle technique permet le mélange dans les propor-tions désirées de différents constituants. On peut réallser des ~1~84~i1 mélanges de jus de fruits et de concentrés et purées de plusieurs fruits et légumes, ainsi que la confection de potages à base de divers ingrédients.
Selon le procédé de congélation rapide de produit ali-mentaire par mélange avec de la neige carbonique, on malaxe le produit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige carboni-que en excès. Selon un objet de l'invention, on forme in situ un lit de neige de dioxyde de carbone divisé par brassage, puis on met en présence avec ledit lit de particules de dioxyde de carbo-ne le produit alimentaire à l'état liquide ou pâteux, divisé aucontact de la neige de dioxyde de carbone jusqu'à formation de granules dudit produit alimentaire.
Selon un autre objet de l'invention, on malaxe le pro- -duit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige de dioxyde de carbone en excès, caractérisé en ce que l'on forme in situ un lit de neige de dioxide de carbone divisé, on met en présence avec ledit lit de neige de dioxyde de carbone le produit ali-mentaire liquide ou pâteux et on malaxe le mélange au moyen d'organes de malaxage de façon à ce que le produit alimentaire soit divisé au contact de la neige de dioxyde de carbone et se refroidisse rapidement, la vitesse linéaire des organes de malaxage est comprise entre environ 0,3 et 2 mètres/seconde, l'on malaxe jusqu'à l'obtention de granules congelés et stabilisation de la température à des températures comprises entre -70 et -18C, et que l'on soutire les granules ainsi obtenues.
Suivant sa viscosité, le produit alimentaire à congeler peut être introduit en masse et sa division s'effectue au contact du lit de neige de dioxyde de carbone par l'effet de contact, il 30 peut également être divisé au-dessus du lit de neige carbonique. ~, La neige de dioxyde de carbone et le produit alimentai-' , . .. .. : , . . '.
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re sont introduits de facon continue, tout en soutirant en même temps, de manière continue, le produit congelé en granules et le dioxyde de carbone gazeux provenant de la sublimation de la neige de dioxyde de carbone.
La sublimation de la neige carbonique solide au contact du produit liquide visqueux est très importante; la congéIation du produit alimentaire est extrêmement rapide et le liquide ali-mentaire nourrit les particules déjà congelées qui se trouvent dans la zone de brassage. Le produit permet l'obtention de par-ticules séparées en granulés de dimensions variables, le diamètre des granulés étant compris entre 5 et 15 mm.
Le dioxyde de carbone gazeux provenant de la sublima-tion de la neige de dioxyde de carbone peut être recyclé après compression et liquéfaction par refroidissement puis détente.
Le temps de contact du produit à surgeler avec la neige -3a-!3461 de dioxyde de carbone et la vitesse de brassage sont fonction de la taille recherchée pour les particules. Il est donc possible de faire varier le diamètre des granules en agissant sur le temps de contact ou sur la vitesse de malaxage: les particules sont plus grosses lorsque le temps de contact augmente et elles sont plus fines lorsque le brassage est plus rapide et inversement.
Avantageusement, le temps de contact est de l'ordre de quelques minutes, de préférence compris entre l a lO minutes. Une augmen-tation de la vitesse de malaxage de l'ordre de l à 2 a une réper-cuss-,on sensible sur le diamètre des granules. Avec une vitesse linéaire des organes de brassage de 0,80 mètre/seconde, on obtient des particules de 10 à 15 mm, tandis qu'une vitesse double de 1,60 mètre/seconde conduit à des particules plus petites de 5 à
lO mm. On choisit une vitesse comprise entre 0,3 et 2 mètres/
seconde.
Les dimensions des granules sont aussi fonction de la --viscosité du produit à congeler, les granules sont gros et irré- ~ -guliers quand le produit a une viscos~ité élevée. Ces dimensions sont également fonction de l'aptitude du produit à la congéla-tion, les grains sont petits quand le produit est difficile à
congeler. Le procédé est applicahle à une gamme étendue de vis-cosité depuis les produits aqueux à faible viscosité jusqu'aux produits à viscosité élevée pouvant atteindre 60 poises. Lors-que le liquide visqueux est congelé, l'échange de chaleur avec la neige carbonique se réduit à un échange entre solides et il est possible d'obtenir une importante différence de température entre la neige carbonique et les grains de produit congelé. Bien que la température de sublimation du dioxyde de carbone soit de - 78,9C, les grains de produits alimentaires congelés, après stabilisation de la température, peuvent être extraits à des tem-pératures de - 70 à - 18C, par exemple, correspondant aux tempé-ratures habituelles de conservation des surgelés.
1~84~1 Le débit du produit à congeler est important et varie en fonction de la viscosité du liquide à congeler, en diminuant lorsque celle-ci augmente. Avec des produits aqueux, il est pos-sible de congeler 10 litres par heure par litre de capacité de l'appareil de malaxage, par exemple 250 litres/heure pour un ma- -laxeur de 25 litres de capacité. Le débit important fait que l'abrasion du produit congelé est faible pendant llopération.
La neige carbonique utilisée dans le procédé peut être produite par détente de dioxyde de carbone liquide. La détente fournit du dioxyde de carbone gazeux et de la neige carbonique.
On peut envisager l'utilisation du dioxyde de carbone gazeux en circuit fermé, au moyen d'une installation de reliqué-faction. Cette reliquéfaction se fait de manière classique par compression en deux étages, jusqu'à 20 bars par exemple, puis re-froidissement à -20C par une installation frigorifique classi-que avec un fluide frigorigène tel l'ammoniac ou un hydrocarbure fluoré.
Selon une variante de l'invention, on peut procéder à
un apport complémentaire régulé de produit à congeler. Cet ap-point de produit est destiné à sublimer la neige de dioxyde decarbone en excès et à réchauffer la température des granules de produit congelé avant leur extraction, il est régulé par la tem-pérature d'extraction choisie. Cet apport de liquide à congeler peut se faire, quand la viscosité du produit le permet, par pul-vérisation, soit du liquide seul, soit du liquide divisé par du gaz carbonique sous pression.
Le procédé de congélation par brassage du produit vis-queux à congeler est mis en oeuvre au moins dans une zone.
Selon un mode avantageux, le brassage du produit se fait dans trois zones.
Dans la première zone, dite zone de congélation, on assure par brassage la congélation du liquide alimentaire vis-84~
queux au contact de la neige carbonique. Le débit d'arrivée de la neige carbonique dans cette première zone est régulé par la température de la deuxième zone, la neige carbonique étant tou-jours en excès dans la zone de congélation.
La deuxième zone est réservée à la séparation des gra-nules congelés de taille convenable de la neige fine et des fi-nes particules congelées. Les fines particules qui ont été sé-parées sont renvoyées dans la zone de congélation.
Dans une troisième zone, où l'agitation est moindre que dans la zone de congélation, on récupère le dioxyde de carbone par sublimation de l'excès de neige carbonique et on réalise la stabilisation dela température du produit congelé par un apport complémentaire de produit à congeler régulé par la température d'extraction choisie pour les granules congelés.
Il est important de créer une circulation à contre-courant entre les petits et gros granules de produit congelé, les petits étant renvoyés vers la zone de congélation et les gros de taille convenable orientés vers la zone de stabilisation de la température du produit congelé.
Le procédé de l~invention de mise en oeuvre simple et peu coûteuse permet de surgeler en granules avec un débit horaire élevé des produits liquides ou pâteux. Il est notamment applica-ble à la surgélation de tous les jus de fruits et de légumes, des pùlpes et nectars de fruits, tels pêche, cassis, abricot, gro-seille, fraise, framboise, en vue de la préparation des glaces et sorbets. Le procédé convient particulièrement bien à la pré-paration de coulis et concentré de tomates, de purée de divers légumes tels carottes, dont la pectine et la couleur se conser-vent intactes, et épinard, oignon, ail. Le procédé donne d'ex- --cellents résultats dans la conservation des sauces, crèmes et po-tages ainsi que dans celle des jaunes d'oeufs pour la pâtisserie.
Le procédé est également très avantageux en conserverie et confi-turerie alimen-4~1 tairespour absorber les surproductions momentanées au moment desrécoltes de légumes tels tomates et fruits par exemple.
Les appareils permettant la mise en oeuvre du procédé
peuvent être simples ou élaborés.
Selon l'invention, l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé de congélation rapide est caractérisé en ce qu'il comprend un malaxeur calorifugé, semi-cylindrique horizontal équipé dans le sens longitudinal d'un rotor muni de bras non orientés termi-né par des palettes, fermé par un couvercle dans lequel débou-chent une introduction du produit à congeler, un tromblon d'ali-mentation en neige carbonique et une cheminée d'évacuation du di-oxyde de carbone gazeux, et muni d'un orifice de sortie et de vi-dange.
Dans les dessins annexés qui illustrent un appareil sim-ple pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la figure 1 représente une coupe transversale verticale d'un tel appareil, la figure 2 représente une coupe axiale du même appa-reil, la figure 3 représente, en coupe axiale, un appareil perfectionné.
Le malaxeur selon les figures 1 et 2 comprend une auge semi-cylindrique horizontale (1) équipée dans le sens longitudi-nal d'un rotor (2) muni de bras non orientés (3) terminés par des palettes (4), cet ensemble rotatif étant destiné à réaliser le malaxage du produit alimentaire liquide ou pâteux. L'auge est extérieurement calorifugée par une isolation (5) classique, telle du type polyuréthane injecté.
L'appareil est fermé par le couvercle (6) dans lequel arrive en (7) la tubulure d'introduction du produit alimentaire, et en (8) le tromblon d'alimentation en neige carbonique, l'élec-trovanne (9) commande l'arrivée du C02 liquide véhiculé dans la 4~1 canalisation (10) aboutissant dans le tromblon, et la cheminée (11) est prévue pour l'évacuation du C02 gazeux. Une ouverture (12) est ménagée dans la paroi verticale de sortie en vue de l'extraction du produit congelé et de la neige carbonique en ex-cès. A la sortie de l'appareil on prévoit un crible pour récupé-rer les produits les plus fins et la neige carbonique en excès, en vue du recyclage dans le malaxeur. (Cette disposition n'est pas représentée sur les figures). A la partie inférieure de l'au-ge, la vidange (13) est destinée à l'évacuation du produit res-tant dans l'appareil en fin d'opération.
La figure 3 du dessin annexé représente, en coupe axi-ale, un appareil perfectionné dans lequel le malaxeur semi-cylindrique horizontal a été allongé et séparé, d'une manière plus ou moins nette, en zones correspondant à la variante du pro- ~ -cédé en trois stades: congélation, séparation des particules congelées de taille convenable et des fines de neige carbonique et du produit congelé, sublimation de l'excès de neige carboni-que et stabilisation de la température du produit congelé.
L'appareil comprend une grande cuve parallélipipédique (14) couverte et calorifugée, à fond cylindrique.
Sur toute la longueur, l'appareil est équipé d'un ro-tor (15) muni de bras (16) terminés par des palettes (17) dispo-sées de manière telle que le mouvement du produit dans la zone d'entrée ait peu d'orientation axiale. Dans la partie centrale de l'appareil, les bras du rotor portent une double série de pa-lettes, à leur extrémité une première série de palettes périphé-riques (18), orientées de manière telle que les petites particu-les de produit congelé soient dirigées vers la zone précédente, et plus près du centre une seconde série de palettes (19) orien-tées de manière telle que les grosses particules de produit con-gelé soient dirigées dans le sens opposé vers la partie terminale de l'appareil. Dans cette dernière zone, le nombre de bras du rotor est réduit par rapport à la zone d'entrée, et ceux-ci ne portent qu'une série de palettes.
Les parties centrales et terminales de l'appareil sont partiellement séparées par une cloison (20) et sont en communica-tion par le couloir (21) ménagé dans la cloison.
Dans la zone d'entrée, la partie supérieure de l'appa-reil est munie des tubulures d'introduction du produit alimentai-re (22) régulièrement réparties autour du tromblon de la neige carbonique (23), l'électrovanne (24) commande l'alimentation en CO2 liquide circulant dans la canalisation (25). La partie su-périeure terminale est équipée d'un pulvérisateur (26) d'appoint de liquide à congeler, le dioxyde de carbone gazeux sous pression est introduit par (27), la partie supérieure centrale est munie d'un dispositif de récupération (28) du dioxyde de carbone vers une installation de compression et liquéfaction par refroidisse-ment puis détente, en vue de son recyclage, non représentée sur la figure.
Dans la paroi verticale terminale, on prévoit le sas d'extraction (29), les palettes périphériques de la zone centra-le orientant les particules fines vers la zone d'entrée peuventêtre remplacées par des spires de torsion appropriée.
On peut avantageusement incliner le malaxeur en suré-levant la zone d'entrée par rapport à la sortie, afin d'assurer l'écoulement des grosses particules de produit congelé dans le sens d'inclinaison du malaxeur, les particules fines étant rame-nées par les palettes périphériques vers la zone d'entrée.
En variante, il est possible d'utiliser des malaxeurs multiples à double rotor ou quadruple rotor, les différents ro-tors étant sur un même plan horizontal qui permettent d'augmen-ter la capacité de production.
Les appareils doivent atre fermés et le dioxyde de car-bone rejeté à l'extérieur par une cheminée dans le cas d'utilisa-. g 84~
tion en gaz perdu, mais il est possible de maintenir une surpres- -sion ~ans l'appareil, de sorte que les entrées d'air peuvent être totalement évitées, ce qui est favorable à la reliquéfaction du gaz carbonique.
Il est donné ci-après des exemples qui illustrent l'in-vention à titre non limitatif.
EXEMPLE 1. -Dans un malaxeur, selon la figure 3, dans lequel la capacité de la première zone est de 25 1, on congèle du concentré
de jus de tomate à 14% de substance sèche d'une viscosité de 3 poises à 24C, selon le procédé suivant. On déverse de la neige carbonique produite par détente et l'on brasse jusqu'à formation ; d'un lit de neige carbonique. La neige carbonique est introdui-te à raison de 0,8 kg de neige par kg de concentré de tomate.
Puis on verse sur le lit de neige le jus de concentré de tomate avec un débit de 200 l/h, qui se divise au contact du-lit de nei-ge carbonique.
La vitesse linéaire des bras du malaxeur est de 1,30 mètre/seconde. La congélation est instantanée et le temps de sé-jour dans la zone de congélation est de l'ordre de 6 minutes.Les granules de 10 à 25 mm, les fines de neige et de produit sont dirigés vers la æone de séparation où la température est de l'or-dre de -50C. Les palettes extérieures renvoient les fines in-~érieures à 10 mm vers la zone de congélation, tandis que les palettes centrales dirigent les granules de taille convenable 10 à 25 mm vers le couloir de communication avec la zone de sta-bilisation de température. On procède à une injection complé-mentaire du pulvérisateur, avec un débit de 10 l/h. La tempéra-ture des grains se stabilise à -20C et lQon procède à l'extrac-tion du produit congelé. Le dioxyde de carbone gazeux est recy-clé après compression et liquéfaction.
EXEMPLE 2.
Dans un malaxeur du type 1 de 25 litres de capacité, _ 1 () _ on congèle de la purée d'épinard de viscosité 40 poises à 15C, dans les conditions suivantes:
On déverse de la neige carbonique dans le malaxeur et l'on brasse jusqu'à formation d'un lit de neige carbonique. La neige carbonique est introduite à raison de 0,8 kg de neige par kg de purée d'épinard. Puis on verse sur le lit de neige la pu-rée d'épinard à 15C avec un débit de 150 kg/heure, elle se di-vise au contact du lit de neige.
La vitesse linéaire des bras du malaxeur est de 1,90 mètre/seconde. La congélation est instantanée et le temps de séjour dans la zone de congélation est de llordre de 8 minutes.
La neige carbonique extraite du malaxeur avec la purée d'épinard congelée est de plus petite taille et plus friable de sorte que l'on sépare par tamisage les granules d'épinard congelé de 6 à
10 mm et réintroduit la neige fine et les petits grains d'épi-nard dans le malaxeur. La neige est réutilisée et les petits grains grossissent par apport de purée d'épinard qui se congèle à leur surface. Comme précédemment, on travaille en circuit fer-mé et le dioxyde de carbone est récupéré et recyclé après reli-quéfaction.
reils pour la mise en oeuvre de la congélation rapide de produits alimentaires liquides ou pâteux en vue de l'emploi industriel et pour la fabrication de produits destinés à la consommation ména-gere.
En l'état actuel de la technique, les produits ou li-quides alimentaires visqueux sont congelés en récipients de volu-me variable, depuis 250 ml, par exemple, pour les jus de fruits concentrés jusqu'à 10 ou 20 litres pour les jaunes d'oeufs, en containers en matière plastique ou autres matériaux, et même 30 à 50 litres pour le jus d'orange conditionné en sac plastique.
La congélation en paillettes ou plaquettes par des cy-lindres refroidis ou des écailleuses n'est pas adaptée aux pro-duits considérés, elle ne convient qu'aux liquides de faible vis-cosité, comme l'eau par exemple. Les produits et liquides ali-mentaires visqueux sont donc traités suivant la technique de con-gélation en blocs.
La congélation en blocs des produits et liquides ali-mentaires visqueux, selon la pratique industrielle actuelle, pré-sente plusieurs inconvénients.
Dans tous les cas, le produit soumis au traitement decongélation est conditionné dans un emballage. Or, tout emballa-ge est onéreux et ceci d'autant plus que le volume unitaire est petit.
D'autre part, les congélations et décongélations sont lentes. Ainsi, la congélation en bloc de sacs de jus d'orange de 30 à 50 litres requiert un séjour de 24 à 48 heures en chambre froide et celle des oeufs en container environ 48 heures. Pen-dant ces durées prolongées de congélation, les produits alimen-taires risquent d'évoluer et de s'altérer au cours de ces opéra-tions. Dans le cas de la décongélation, une augmentation de la vitesse de celle-ci peut entraîner des surchauffes et provoquer '.
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une détérioration de la qualité du produit, par exemple, s'il s'agit de décongeler un bloc de potage avec des moyens de cuisi-ne usuels.
De plus, il est nécessaire de décongeler un bloc entier ; car il est difficile de le fragmenter, ce qui empêche les utili-sations pratiques de petites quantités de produit. Pour la meme raison, les mélanges de produits à l'état solide congelés ne sont pas réalisables, alors que cette technique devrait pouvoir être utilisée pour effectuer différents dosages de produits finis ou à transformer.
I1 a été trouvé un procédé qui permet de pallier les inconvénients de la congélation en blocs. Ce nouveaux procédé
qui conduit à l'obtention quasi-instantanée de produits congelés en granulés est adapté aux applications industrielles et à des fabrications pour la consommation ménagère.
La congélation rapide des produits, dans de régulières et excellentes conditions de refroidissement, constitue une garan-tie pour le consommateur. La présentation sous forme de particu-les d'un produit alimentaire congelé donne la possibilité au con-sommateur de prélever uni'quement la quantité destinée à une uti-lisation immédiate, elle l'assure également d'une décongélation rapide qui élimine toute altération de la qualité. Ainsi, l'uti-; lisateur pourra prélever la quantité de jus d'orange congelé né-cessaire à la préparation d'un verre de jus de fruit et, aussitôt après avoir étendu d'eau, consommer la boisson prête à l'emploi.
Dans le cas de la congélation en bloc d'une boîte de jus d'orange, le consommateur devra attendre environ deux heures avant de pro-céder à la dilution du jus; durée normale de décongélation du contenu d'une boîte. De même, les inconvénients de la décongéla-tion des potages en blocs sont supprimés.
La nouvelle technique permet le mélange dans les propor-tions désirées de différents constituants. On peut réallser des ~1~84~i1 mélanges de jus de fruits et de concentrés et purées de plusieurs fruits et légumes, ainsi que la confection de potages à base de divers ingrédients.
Selon le procédé de congélation rapide de produit ali-mentaire par mélange avec de la neige carbonique, on malaxe le produit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige carboni-que en excès. Selon un objet de l'invention, on forme in situ un lit de neige de dioxyde de carbone divisé par brassage, puis on met en présence avec ledit lit de particules de dioxyde de carbo-ne le produit alimentaire à l'état liquide ou pâteux, divisé aucontact de la neige de dioxyde de carbone jusqu'à formation de granules dudit produit alimentaire.
Selon un autre objet de l'invention, on malaxe le pro- -duit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige de dioxyde de carbone en excès, caractérisé en ce que l'on forme in situ un lit de neige de dioxide de carbone divisé, on met en présence avec ledit lit de neige de dioxyde de carbone le produit ali-mentaire liquide ou pâteux et on malaxe le mélange au moyen d'organes de malaxage de façon à ce que le produit alimentaire soit divisé au contact de la neige de dioxyde de carbone et se refroidisse rapidement, la vitesse linéaire des organes de malaxage est comprise entre environ 0,3 et 2 mètres/seconde, l'on malaxe jusqu'à l'obtention de granules congelés et stabilisation de la température à des températures comprises entre -70 et -18C, et que l'on soutire les granules ainsi obtenues.
Suivant sa viscosité, le produit alimentaire à congeler peut être introduit en masse et sa division s'effectue au contact du lit de neige de dioxyde de carbone par l'effet de contact, il 30 peut également être divisé au-dessus du lit de neige carbonique. ~, La neige de dioxyde de carbone et le produit alimentai-' , . .. .. : , . . '.
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re sont introduits de facon continue, tout en soutirant en même temps, de manière continue, le produit congelé en granules et le dioxyde de carbone gazeux provenant de la sublimation de la neige de dioxyde de carbone.
La sublimation de la neige carbonique solide au contact du produit liquide visqueux est très importante; la congéIation du produit alimentaire est extrêmement rapide et le liquide ali-mentaire nourrit les particules déjà congelées qui se trouvent dans la zone de brassage. Le produit permet l'obtention de par-ticules séparées en granulés de dimensions variables, le diamètre des granulés étant compris entre 5 et 15 mm.
Le dioxyde de carbone gazeux provenant de la sublima-tion de la neige de dioxyde de carbone peut être recyclé après compression et liquéfaction par refroidissement puis détente.
Le temps de contact du produit à surgeler avec la neige -3a-!3461 de dioxyde de carbone et la vitesse de brassage sont fonction de la taille recherchée pour les particules. Il est donc possible de faire varier le diamètre des granules en agissant sur le temps de contact ou sur la vitesse de malaxage: les particules sont plus grosses lorsque le temps de contact augmente et elles sont plus fines lorsque le brassage est plus rapide et inversement.
Avantageusement, le temps de contact est de l'ordre de quelques minutes, de préférence compris entre l a lO minutes. Une augmen-tation de la vitesse de malaxage de l'ordre de l à 2 a une réper-cuss-,on sensible sur le diamètre des granules. Avec une vitesse linéaire des organes de brassage de 0,80 mètre/seconde, on obtient des particules de 10 à 15 mm, tandis qu'une vitesse double de 1,60 mètre/seconde conduit à des particules plus petites de 5 à
lO mm. On choisit une vitesse comprise entre 0,3 et 2 mètres/
seconde.
Les dimensions des granules sont aussi fonction de la --viscosité du produit à congeler, les granules sont gros et irré- ~ -guliers quand le produit a une viscos~ité élevée. Ces dimensions sont également fonction de l'aptitude du produit à la congéla-tion, les grains sont petits quand le produit est difficile à
congeler. Le procédé est applicahle à une gamme étendue de vis-cosité depuis les produits aqueux à faible viscosité jusqu'aux produits à viscosité élevée pouvant atteindre 60 poises. Lors-que le liquide visqueux est congelé, l'échange de chaleur avec la neige carbonique se réduit à un échange entre solides et il est possible d'obtenir une importante différence de température entre la neige carbonique et les grains de produit congelé. Bien que la température de sublimation du dioxyde de carbone soit de - 78,9C, les grains de produits alimentaires congelés, après stabilisation de la température, peuvent être extraits à des tem-pératures de - 70 à - 18C, par exemple, correspondant aux tempé-ratures habituelles de conservation des surgelés.
1~84~1 Le débit du produit à congeler est important et varie en fonction de la viscosité du liquide à congeler, en diminuant lorsque celle-ci augmente. Avec des produits aqueux, il est pos-sible de congeler 10 litres par heure par litre de capacité de l'appareil de malaxage, par exemple 250 litres/heure pour un ma- -laxeur de 25 litres de capacité. Le débit important fait que l'abrasion du produit congelé est faible pendant llopération.
La neige carbonique utilisée dans le procédé peut être produite par détente de dioxyde de carbone liquide. La détente fournit du dioxyde de carbone gazeux et de la neige carbonique.
On peut envisager l'utilisation du dioxyde de carbone gazeux en circuit fermé, au moyen d'une installation de reliqué-faction. Cette reliquéfaction se fait de manière classique par compression en deux étages, jusqu'à 20 bars par exemple, puis re-froidissement à -20C par une installation frigorifique classi-que avec un fluide frigorigène tel l'ammoniac ou un hydrocarbure fluoré.
Selon une variante de l'invention, on peut procéder à
un apport complémentaire régulé de produit à congeler. Cet ap-point de produit est destiné à sublimer la neige de dioxyde decarbone en excès et à réchauffer la température des granules de produit congelé avant leur extraction, il est régulé par la tem-pérature d'extraction choisie. Cet apport de liquide à congeler peut se faire, quand la viscosité du produit le permet, par pul-vérisation, soit du liquide seul, soit du liquide divisé par du gaz carbonique sous pression.
Le procédé de congélation par brassage du produit vis-queux à congeler est mis en oeuvre au moins dans une zone.
Selon un mode avantageux, le brassage du produit se fait dans trois zones.
Dans la première zone, dite zone de congélation, on assure par brassage la congélation du liquide alimentaire vis-84~
queux au contact de la neige carbonique. Le débit d'arrivée de la neige carbonique dans cette première zone est régulé par la température de la deuxième zone, la neige carbonique étant tou-jours en excès dans la zone de congélation.
La deuxième zone est réservée à la séparation des gra-nules congelés de taille convenable de la neige fine et des fi-nes particules congelées. Les fines particules qui ont été sé-parées sont renvoyées dans la zone de congélation.
Dans une troisième zone, où l'agitation est moindre que dans la zone de congélation, on récupère le dioxyde de carbone par sublimation de l'excès de neige carbonique et on réalise la stabilisation dela température du produit congelé par un apport complémentaire de produit à congeler régulé par la température d'extraction choisie pour les granules congelés.
Il est important de créer une circulation à contre-courant entre les petits et gros granules de produit congelé, les petits étant renvoyés vers la zone de congélation et les gros de taille convenable orientés vers la zone de stabilisation de la température du produit congelé.
Le procédé de l~invention de mise en oeuvre simple et peu coûteuse permet de surgeler en granules avec un débit horaire élevé des produits liquides ou pâteux. Il est notamment applica-ble à la surgélation de tous les jus de fruits et de légumes, des pùlpes et nectars de fruits, tels pêche, cassis, abricot, gro-seille, fraise, framboise, en vue de la préparation des glaces et sorbets. Le procédé convient particulièrement bien à la pré-paration de coulis et concentré de tomates, de purée de divers légumes tels carottes, dont la pectine et la couleur se conser-vent intactes, et épinard, oignon, ail. Le procédé donne d'ex- --cellents résultats dans la conservation des sauces, crèmes et po-tages ainsi que dans celle des jaunes d'oeufs pour la pâtisserie.
Le procédé est également très avantageux en conserverie et confi-turerie alimen-4~1 tairespour absorber les surproductions momentanées au moment desrécoltes de légumes tels tomates et fruits par exemple.
Les appareils permettant la mise en oeuvre du procédé
peuvent être simples ou élaborés.
Selon l'invention, l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé de congélation rapide est caractérisé en ce qu'il comprend un malaxeur calorifugé, semi-cylindrique horizontal équipé dans le sens longitudinal d'un rotor muni de bras non orientés termi-né par des palettes, fermé par un couvercle dans lequel débou-chent une introduction du produit à congeler, un tromblon d'ali-mentation en neige carbonique et une cheminée d'évacuation du di-oxyde de carbone gazeux, et muni d'un orifice de sortie et de vi-dange.
Dans les dessins annexés qui illustrent un appareil sim-ple pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la figure 1 représente une coupe transversale verticale d'un tel appareil, la figure 2 représente une coupe axiale du même appa-reil, la figure 3 représente, en coupe axiale, un appareil perfectionné.
Le malaxeur selon les figures 1 et 2 comprend une auge semi-cylindrique horizontale (1) équipée dans le sens longitudi-nal d'un rotor (2) muni de bras non orientés (3) terminés par des palettes (4), cet ensemble rotatif étant destiné à réaliser le malaxage du produit alimentaire liquide ou pâteux. L'auge est extérieurement calorifugée par une isolation (5) classique, telle du type polyuréthane injecté.
L'appareil est fermé par le couvercle (6) dans lequel arrive en (7) la tubulure d'introduction du produit alimentaire, et en (8) le tromblon d'alimentation en neige carbonique, l'élec-trovanne (9) commande l'arrivée du C02 liquide véhiculé dans la 4~1 canalisation (10) aboutissant dans le tromblon, et la cheminée (11) est prévue pour l'évacuation du C02 gazeux. Une ouverture (12) est ménagée dans la paroi verticale de sortie en vue de l'extraction du produit congelé et de la neige carbonique en ex-cès. A la sortie de l'appareil on prévoit un crible pour récupé-rer les produits les plus fins et la neige carbonique en excès, en vue du recyclage dans le malaxeur. (Cette disposition n'est pas représentée sur les figures). A la partie inférieure de l'au-ge, la vidange (13) est destinée à l'évacuation du produit res-tant dans l'appareil en fin d'opération.
La figure 3 du dessin annexé représente, en coupe axi-ale, un appareil perfectionné dans lequel le malaxeur semi-cylindrique horizontal a été allongé et séparé, d'une manière plus ou moins nette, en zones correspondant à la variante du pro- ~ -cédé en trois stades: congélation, séparation des particules congelées de taille convenable et des fines de neige carbonique et du produit congelé, sublimation de l'excès de neige carboni-que et stabilisation de la température du produit congelé.
L'appareil comprend une grande cuve parallélipipédique (14) couverte et calorifugée, à fond cylindrique.
Sur toute la longueur, l'appareil est équipé d'un ro-tor (15) muni de bras (16) terminés par des palettes (17) dispo-sées de manière telle que le mouvement du produit dans la zone d'entrée ait peu d'orientation axiale. Dans la partie centrale de l'appareil, les bras du rotor portent une double série de pa-lettes, à leur extrémité une première série de palettes périphé-riques (18), orientées de manière telle que les petites particu-les de produit congelé soient dirigées vers la zone précédente, et plus près du centre une seconde série de palettes (19) orien-tées de manière telle que les grosses particules de produit con-gelé soient dirigées dans le sens opposé vers la partie terminale de l'appareil. Dans cette dernière zone, le nombre de bras du rotor est réduit par rapport à la zone d'entrée, et ceux-ci ne portent qu'une série de palettes.
Les parties centrales et terminales de l'appareil sont partiellement séparées par une cloison (20) et sont en communica-tion par le couloir (21) ménagé dans la cloison.
Dans la zone d'entrée, la partie supérieure de l'appa-reil est munie des tubulures d'introduction du produit alimentai-re (22) régulièrement réparties autour du tromblon de la neige carbonique (23), l'électrovanne (24) commande l'alimentation en CO2 liquide circulant dans la canalisation (25). La partie su-périeure terminale est équipée d'un pulvérisateur (26) d'appoint de liquide à congeler, le dioxyde de carbone gazeux sous pression est introduit par (27), la partie supérieure centrale est munie d'un dispositif de récupération (28) du dioxyde de carbone vers une installation de compression et liquéfaction par refroidisse-ment puis détente, en vue de son recyclage, non représentée sur la figure.
Dans la paroi verticale terminale, on prévoit le sas d'extraction (29), les palettes périphériques de la zone centra-le orientant les particules fines vers la zone d'entrée peuventêtre remplacées par des spires de torsion appropriée.
On peut avantageusement incliner le malaxeur en suré-levant la zone d'entrée par rapport à la sortie, afin d'assurer l'écoulement des grosses particules de produit congelé dans le sens d'inclinaison du malaxeur, les particules fines étant rame-nées par les palettes périphériques vers la zone d'entrée.
En variante, il est possible d'utiliser des malaxeurs multiples à double rotor ou quadruple rotor, les différents ro-tors étant sur un même plan horizontal qui permettent d'augmen-ter la capacité de production.
Les appareils doivent atre fermés et le dioxyde de car-bone rejeté à l'extérieur par une cheminée dans le cas d'utilisa-. g 84~
tion en gaz perdu, mais il est possible de maintenir une surpres- -sion ~ans l'appareil, de sorte que les entrées d'air peuvent être totalement évitées, ce qui est favorable à la reliquéfaction du gaz carbonique.
Il est donné ci-après des exemples qui illustrent l'in-vention à titre non limitatif.
EXEMPLE 1. -Dans un malaxeur, selon la figure 3, dans lequel la capacité de la première zone est de 25 1, on congèle du concentré
de jus de tomate à 14% de substance sèche d'une viscosité de 3 poises à 24C, selon le procédé suivant. On déverse de la neige carbonique produite par détente et l'on brasse jusqu'à formation ; d'un lit de neige carbonique. La neige carbonique est introdui-te à raison de 0,8 kg de neige par kg de concentré de tomate.
Puis on verse sur le lit de neige le jus de concentré de tomate avec un débit de 200 l/h, qui se divise au contact du-lit de nei-ge carbonique.
La vitesse linéaire des bras du malaxeur est de 1,30 mètre/seconde. La congélation est instantanée et le temps de sé-jour dans la zone de congélation est de l'ordre de 6 minutes.Les granules de 10 à 25 mm, les fines de neige et de produit sont dirigés vers la æone de séparation où la température est de l'or-dre de -50C. Les palettes extérieures renvoient les fines in-~érieures à 10 mm vers la zone de congélation, tandis que les palettes centrales dirigent les granules de taille convenable 10 à 25 mm vers le couloir de communication avec la zone de sta-bilisation de température. On procède à une injection complé-mentaire du pulvérisateur, avec un débit de 10 l/h. La tempéra-ture des grains se stabilise à -20C et lQon procède à l'extrac-tion du produit congelé. Le dioxyde de carbone gazeux est recy-clé après compression et liquéfaction.
EXEMPLE 2.
Dans un malaxeur du type 1 de 25 litres de capacité, _ 1 () _ on congèle de la purée d'épinard de viscosité 40 poises à 15C, dans les conditions suivantes:
On déverse de la neige carbonique dans le malaxeur et l'on brasse jusqu'à formation d'un lit de neige carbonique. La neige carbonique est introduite à raison de 0,8 kg de neige par kg de purée d'épinard. Puis on verse sur le lit de neige la pu-rée d'épinard à 15C avec un débit de 150 kg/heure, elle se di-vise au contact du lit de neige.
La vitesse linéaire des bras du malaxeur est de 1,90 mètre/seconde. La congélation est instantanée et le temps de séjour dans la zone de congélation est de llordre de 8 minutes.
La neige carbonique extraite du malaxeur avec la purée d'épinard congelée est de plus petite taille et plus friable de sorte que l'on sépare par tamisage les granules d'épinard congelé de 6 à
10 mm et réintroduit la neige fine et les petits grains d'épi-nard dans le malaxeur. La neige est réutilisée et les petits grains grossissent par apport de purée d'épinard qui se congèle à leur surface. Comme précédemment, on travaille en circuit fer-mé et le dioxyde de carbone est récupéré et recyclé après reli-quéfaction.
Claims (13)
1. Procédé de congélation rapide de produits alimentaires liquide ou pâteux en granules, selon lequel on malaxe le pro-duit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige de dioxyde de carbone en excès, caractérisé en ce que l'on forme in situ un lit de neige de dioxide de carbone divisé, on met en présence avec ledit lit de neige de dioxyde de carbone le produit ali-mentaire liquide ou pâteux et on malaxe le mélange au moyen d'organes de malaxage de façon à ce que le produit alimentaire soit divisé au contact de la neige de dioxyde de carbone et se refroidisse rapidement, la vitesse linéaire des organes de malaxage est comprise entre environ 0,3 et 2 mètres/seconde, l'on malaxe jusqu'à l'obtention de granules congelés et stabilisation de la température à des températures comprises entre -70 et -18°C, et que l'on soutire les granules ainsi obtenues.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le malaxage s'effectue dans un malaxeur calorifugé, semi-cylindrique horizontal équipé dans le sens longitudinal d'un rotor muni de bras non orientés terminés par des palettes, fermé par un couvercle, le produit à congeler est introduit dans le malaxeur, la neige de dioxyde de carbone est intro-duite dans le malaxeur par un tromblon d'alimentation, le dio-xyde de carbone gazeux est évacué du malaxeur par une cheminée d'évacuation, ledit malaxeur est de plus muni d'un orifice de sortie et de vidange.
3. Procédé de congélation rapide de produit alimentaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit ali-mentaire est introduit en masse, la division s'effectuant dans le lit de neige de dioxyde de carbone par l'effet de brassage.
4. Procédé de congélation rapide de produit alimentaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit ali-mentaire est divisé au-dessus du lit de neige carbonique.
5. Procédé de congélation rapide de produit alimentaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit de façon continue de la neige de dioxyde de carbone et du pro-duit alimentaire en même temps que l'on soutire de manière con-tinue le produit congelé en granules et le dioxyde de carbone gazeux provenant de la sublimation de la neige de dioxyde de car-bone.
6. Procédé de congélation rapide de produit alimentaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dioxyde de carbone gazeux est recyclé après compression et liquéfaction par refroidissement puis détente.
7. Procédé de congélation rapide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à un apport complémentaire ré-gulé de produit à congeler destiné à sublimer la neige de dioxy-de de carbone en excès et à réchauffer la température des granu-les de produit congelé à la température d'extraction, cet apport est régulé par la température d'extraction choisie.
8. Procédé de congélation rapide selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'apport complémentaire se fait par pulvé-risation du produit alimentaire liquide.
9. Procédé de congélation rapide selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'apport complémentaire se fait par pulvé-risation du liquide alimentaire divisé par du dioxyde de carbone gazeux sous pression.
10. Procédé de congélation rapide selon la revendication 7, caractérisé en ce que le brassage du produit alimentaire se fait dans trois zones, respectivement dans une première zone dite de congélation où le produit à congeler est brassé avec la neige de dioxyde de carbone, puis une deuxième zone dite de séparation des granules congelés de taille convenable, de la neige fine et des tion de l'excès de neige et de stabilisation de la température du produit congelé par un apport complémentaire de produit à con-geler régulé par la température d'extraction choisie pour les granules congelés.
11. Procédé de congélation rapide selon la revendication 10, caractérisé en ce que le débit d'arrivée de la neige de di-oxyde de carbone dans la première zone est régulé par la tempéra-ture de la deuxième zone; et en ce que l'on crée une circula-tion à contre-courant entre les petits et les gros granules de produit congelé, les petits étant renvoyés vers la zone de con-gélation et les gros de taille convenable orientés vers la zone de stabilisation de la température du produit congelé.
12. Appareil pour la congélation rapide de produit alimen-taire avec de la neige de dioxyde de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend un malaxeur calorifugé, semi-cylindrique horizon-tal équipé dans le sens longitudinal d'un rotor muni de bras non orientés terminé par des palettes, fermé par un couvercle dans lequel débouchent une introduction du produit à congeler, un tromblon d'alimentation en neige carbonique et une cheminée d'é-vacuation du dioxyde de carbone gazeux, et muni d'un orifice de sortie et de vidange.
13. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé de congéla-tion rapide suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend une grande cuve parallélipipédique calorifugée, couver-te, divisée en trois zones, équipée dans toute sa longueur d'un rotor muni de bras disposés de manière telle que le mouvement du produit dans la zone d'entré ait peu d'orientation axiale, les bras du rotor, dans la zone centrale de l'appareil portant une double série de palettes orientées de manière à créer une circu-lation à contre-courant entre les petites et grosse particules de produit congelé et le nombre des bras du rotor étant inférieur dans la partie terminale; les zones centrale et terminale de la cuve étant partiellement séparées par une cloison et en communi-cation par un couloir ménagé dans cette cloison; la partie su-périeure de la cuve étant munie dans la zone d'entrée des tubu-lures d'introduction du produit alimentaire régulièrement répar-ties autour du tromblon de la neige carbonique, dans la zone cen-trale du dispositif de récupération du dioxyde de carbone gazeux et dans la zone terminale d'un pulvérisateur d'appoint de liquide à congeler.
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