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Procédé de stérilisation de produits laitiers La présente invention se rapporte à un procédé de stérilisation du lait complet ou écrémé, de lait condensé ou de crème.
Jusqu'ici, dans la plupart des procédés de traitement des produits laitiers par la chaleur on n'a pas tenu compte des différences existant entre les divers constituants nutritifs du produit laitier en ce qui concerne leur réaction à la chaleur. Les spécialistes de la laiterie ,n'ignorent pas que le lait contient parmi ses divers constituants des composés nutritifs tels que Eau. Protéines,comme la caséine, la lactalbumine, la lac- toglobuline.
Vitamines. Gaz.
Graisses du lait. Lactose (sucre de lait). Cendres du lait. Pigments.
Enzymes. Matières cellulaires.
Chacun de ces constituants nutritifs réagit diffé- remment à l'influence ou l'effet des diverses relations temps/température de sorte qu'un procédé quelcon- que de traitement de produits .laitiers par la chaleur en vue de leur stérilisation doit tenir compte des caractéristiques de chacun de ces constituants nutri- tifs et des micro-organiques vivantes quelconques
comme les .bactéries, les moisissures et des levures présentes dans le produit laitier non stérile, et de la réaction de chacun d'eux aux divers degrés de température et aux diverses durées des traitements thermiques. Pour satisfaire à la demande des consommateurs les produits laitiers stérilisés doivent conserver toutes les propriétés et les caractéristiques désirables du produit laitier non stérile pour ce qui concerne la saveur, la stabilité, la consistance, la couleur, etc.
Les ,procédés antérieurs de traitement .thermique pour effectuer la stérilisation sont tels qu'ils affec- tent défavorablement diverses -propriétés et caracté- risfques désirables du produit laitier, particulière- ment pour ce qui concerne sa saveur naturelle.
On a donc cherché à fournir un procédé de sité- rilisation par la chaleur de produits laitiers selon lequel on effectue une stérilisation sensiblement com- plète sans affecter de manière nuisible ses propriétés ou caractéristiques naturelles et normales.
La préservation de la qualité du produit laitier implique non seulement une relation appropriée temps/température pour en effectues la stérilisation, mais encore les .actions et réactions de ses divers constituants qui peuvent en affecter la saveur.
Les spécialistes savent ainsi que deux des responsables principaux du brunissement des produits laitiers dans le traitement -thermique .sont le lactose et la caséine. Aucun de ces constituants, chauffé seul, ne brunit facilement mais ils brunissent quand on les chauffe ensemble.
Les spécialistes eux-mêmes de la chimie du lait n'ont pas élucidé complètement toutes les Tela- tionsentre les divers constituants du ,lait. On sait, toutefois, depuis longtemps que itout traitementther- mique qui nuit à l'un -quelconque des constituants du produit laitier peut altérer la qualité de .celui-ci et diminuer son acceptation .par le consommateur.
Ainsi la présente invention se ,propose-t=eille également de fournir un procédé de stérilisation par la chaleur des produits laitiers énumérés plus haut ne nuisant à ,aucun de ses constituants et spécialement conforme aux relations suivantes
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1) Organsmzs vivants :
la relation temps/tempéra- ture utilisée pour effectuer une stérilisation sensiblement complète est 149 C pendant 0,8 seconde 143e C pendant 5 secondes 138e C pendant 15 secondes 127e C ,pendant 120 secondes 2) Enzymes.
La relation temps/température appliquée pour effectuer une désactivation sensiblement complète des enzymes présentes dans le lait traité est la suivante 149e C pendant 1,5 seconde 146e C pendant 2,8 secondes 143e C pendant 4,8 secondes 140,
5e C pendant 8 secondes 138e C pendant 18 secondes L'efficacité de la relation temps/tempéxature spécifiée ci-dessus pour ce qui concerne la désactivation de la lipase est largement déterminée par le degré auquel la teneur en matières grasses du produit laitier est abaissé pour exposer ainsi la lipase à un rapport direct d'échange de chaleur .avec le milieu stérilisant.
3) Coagulation. Plus le produit laitier est soumis à une température élevée, plus il a tendance à coaguler, cette coagulation .provenant de la combinaison de la caséine, du sucre du produit laitier et des portions de petit-lait de la -teneur en protéine du produit laitier.
Cette coagulation provoque une augmentation indésirable de la viscosité du produit laitier et donne une perte de saveur nuisible. Pour éviter cette coagulation, il a été déterminé que le rapport temps température ne devait pas dépasser les limites suivantes 121 e C pendant environ 120 secondes 149e C pendant environ 3 secondes 154e C pendant environ 1 seconde.
4) Sulfhydriles. Les recherches les plus récentes sur la saveur du produit laitier ont révélé que la saveur de cuit du produit laitier chauffé est due en grande .partie à la mise en liberté des sulfures du produit laitier.
Les sulfhydriles se forment par la dégradation ou la dénaturation de la portion de petit-lait des pro- téines du produit laitier, en particulier la P-globuline, et on a découvert que cette dégradation s'amorçait par un chauffage du produit laitier à une température de 77e C au plus.
L'intensité de la saveur de cuit augmente ,avec la température appliquée dans le traitement thermique en fonction du nombre de groupes sulfhydriles activés, du degré d'oxydation des groupes sulfhydriles par l'oxygùne atmosphérique et du degré de l'action irréversible des groupes sulf- hydrâes sur d'autres constituants du lait.
En tenant compte de ce qui précède, le procédé de stérilisation selon l'invention, est caractérisé en ce qu'on soumet le lait complet ou écrémé, le lait condensé ou la crème sous forme d'une mince pellicule mobile à un échange de chaleur direct par contact avec un milieu gazeux fortement chauffé ayant une température permettant -d'élever la température de chacune .des particules du produit laitier à une température jusqu'à 149e C,
en ce qu'on maintient le produit laitier à ladite température pendant une durée allant d'une seconde et demie à trois secondes, et .en ce qu'ensuite on réduit instantanément la température du produit laitier.
Dans le dessin annexé, on a représenté, d'une manière plus ou moins schématique, un appareil pouvant être utilisé pour mettre en oeuvre le ,procédé selon l'invention.
La fig. 1 est un schéma de circulation représentant un appareil susceptible d'effectuer les diverses opérationu du procédé selon l'invention.
La fig. 2 est une vue fragmentaire montrant l'usage d'un homogénéis.eur intercalé entre le pré- chauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée et le stérilisateur.
La fig. 3 est une vue fragmentaire montrant une installation clans laquelle un homogénéiseur est disposé entre le préchauffeur ou pasteurisateur instanta- né et le stérilisateur et comportant un système de robinets en vue du passage de la matière mobile soumise à la stérilisation directement du préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée au st6rifi- sateur dudit préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée à travers l'homogénéiseur dans le stérilisateur, au choix.
Suivant le mode de .réalisation représenté à la fig. 1, la pompe à engrenages 1 recevant le produit laitier d'une source quelconque appropriée l'envoie sous pression dans le préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée 2,
de construction quelconque préférée ou usuelle susceptible d'élever la température du produit laitier à une valeur -par exemple de 63e C et ne dépassant pas 74e C le produit laitier préchauffé est refoulé par la pompe 1 à travers le préchauffeur ou l'appareil de pasteurisation instantanée 2 et par un tuyau ou conduit 3 à la partie supérieure d'un :
stérilisateur 4 comportant plusieurs plaques 5 parallèlement et verticalement disposées au sommet desquelles le produit laitier est chargé en un courant égal et uniforme descendant sur la surface desdites plaques jusqu'à leur base de manière à former une pellicule .mince et uniforme. En quittant les bords inférieurs des plaques 5, le produit laitier tombe dans un puisard 6 consistant en un tuyau relativement court d'un diamètre rela- tivement faible,
par exemple un diamètre intérieur de l'ordre de 37,5 mm. Le .niveau du liquide présent dans le puisard 6 est réglé .par un moyen approprié et ce puisard et le liquide qu'il contient constituent un joint liquide, qui empêche efficacement la décharge de la vapeur d'eau ou autre milieu de ,traitement gazeux fortement chauffé provenant du stérili- sateur 4 avec le lait en traitement qui y est contenu.
Comme 1e montre la fig. 2, on peut insérer ou monter, entre le préchauffeur ou l'appareil de pas- teurisation instantanée 2 et le stérilisateur 4, un ho- mogénéiseur 7 de toute construction usuelle ou pré-
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férée susceptible d'effectuer l'homogénéisation du produit laitier soumis au traitement,
cet homogénéi- seur 7 étant également susceptible d'opérer comme une pompe pour aspirer le produit laitier préchauffé du préchauffeur ou de l'appareil de pasteurisation instantanée 2 et l'envoyer sous pression dans le sté- rilisateur 4.
Quand on utilise un homogénéiseur 7, la température du produit laitier quittant le préchauf- feur ou -l'appareil de pasteurisation instantanée 2 ne doit pas dépasser environ 680 C, de manière que la température conférée au produit laitier par ledit ho- mogénéiseur (augmentation de température qui est inhérente au fonctionnement de l'homogénéiseur) n'élève pas la température :totale du .produit laitier à un point dépassant environ 740 C :
au moment où le produit laitier entre dans l'appareil de stérilisa- tion 4.
Comme le montre la fig. 3, on peut également insérer ou monter entre le préchauffeur ou l'appareil de pasteurisation instantanée 2 et le stérilisateur 4, un homogénéiseur 7 du :type :
représenté fig. 2 et de disposer un robinet 8 avec un tuyau 9 pour faire passer le produit laitier ad libitum dans l'homogén6i- seur ou .lui faire contourner celui-ci et d'envoyer directement du préchauffeur ou appareil de pasteuri- sation instantanée 2 dans le stérilisateur 4.
Dans la forme de l'appareil .représenté sur la fig. 3, l'envoi du produit ,laitier au préchauffeur ou .appareil de pasteurisaton instantanée 2 est réglé par un robinet à trois voies 10 qui, dans une position envoie le produit laitier à l'entrée de la pompe à engrenages 1 et, dans une autre position,
le détourne de cette pompe et l'envoie de sa source au préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée 2 par un conduit 11.
Quand on toume le robinet à une troisième position, l'arrivée du produit laitier est arrêtée complètement. Le robinet 8 est également du type à trois voies et, dans une position, assure le passage du produit laitier venant du préchauffeur ou :appareil de pasteuri- sation instantanée 2 à l'homogénéiseur 7 et dans une autre position détourne le produit laitier de l'homo- g6néiseur 7 et en dirige :
le courant du préchauffeur ou appareil de pasteurisation instantanée 2 dans 4e stérilisateur 4. Quand ledit robinet est placé dans une troisième ,position, l'arrivée du produit laitier au stérilisateur est complètement ,arrêtée.
Il ,résulte de la description ci-dessus et de la fig. 3 du dessin annexé que quand on utilise l'homogénéiseur 7, il n'est pas nécessaire d'utiliser la pompe 1, auquel cas le robinet 10 est réglé de manière à court-circuiter ladite pompe et à charger le produit laitier par le conduit 11, et le robinet 8 est manaeuvré de manière à envoyer le produit laitier dans le préchauffeur ou appareil de pasteurisation :instantanée 2 et l'homogé- néiseur 7 ;
l'homogénéiseur 7, outre son rôle homogénéisant, sert de pompe pour aspirer le produit .laitier de sa source par le préchauffeur ou .l'appareil de pasteurisation instantanée 2 et le refouler sous pression dans le stérilisateur 4.
Le stérilisateur 4 :est construit de manière telle que le produit laitier préchauffé y est réparti de ma- nière à s'écouler sensiblement en totalité en descendant le long des surfaces des plaques verticales et parallèles espacées 5 sous forme d'une mince pelli- cule d'une épaisseur sensiblement uniforme et qui couvre complètement les surfaces
desdites plaques, le produit laitier étant ainsi soumis .au cours de sa descente à un contact direct de surface et à un échange de chaleur avec le milieu de traitement gazeux fortement chauffé, par ,exemple de la vapeur, dont la .température et la pression efficaces sont suffisantes pour porter chaque particule du produit laitier à la température de 1490C.
Pour effectuer la stérilisation des produits laitiers conformément au procédé salon l'invention on peut procéder par exemple, comme suit On envoie le produit laitier :dans le stérilisateur 4 un milieu de traitement gazeux fortement chauffé tel que de la vapeur d'eau provenant d'une source ap- propriée par le :
robinet d'entrée 12 à une température et sous une pression qui dépendent du carac- tère du produit laitier soumis au traitement mais sont toujours suffisamment élevées et réparties dans ledit stérilisateur pour y créer intérieurement une température .constante effective de 1490 C et une pression légèrement inférieure à la pression conférée au produit laitier par la pompe à engrenages 1 ou
l'homogénéiseur 7, selon le moyen par lequel il est chargé sous pression dans le stérilisateur 4. Le produit laitier passe par .le stérilisateur 4 selon un débit réglé qui est déterminé dans une large mesure par la longueur verticale des plaques 5, débit qui assure une élévation de chacune des particules du .produit laitier à une température de 149 C-pendant au moins 1,
5 seconde et qui ne soumet pas le produit laitier à cette température de 149o C pendant un temps qui dépasse trois secondes environ. Cette rdlation spécifique temps/température est maintenue avec soin et précision par un mécanisme de réglage approprié sensible à la température d'un modèle quelconque préféré ou usuel,
de manière qu'à aucun moment de l'écoulement ou du passage du produit laitier dans le stérilisateur 4 les particules du pro- duit laitier ne soient portées à une température dé- passant 1490 C.
Le produit laitier à cette température de 1490 C passe du puisard 6 par un tuyau relativement court 13 relié à une extrémité à la base dudit puisard et à l'autre extrémité à l'entrée d'une vanne 14 de cons- truction spéciale immédiatement contiguë à une chambre à vide 15 et ayant son extrémité de sortie reliée directement à ladite chambre à vide.
On se rend facilement compte que le puisard 6 et le tuyau 13 constituent en réalité une .partie du stérilisateur 4 et que S'extrémité dudit tuyaux reliée à la vanne 14 constitue en fait l'extrémité de sortie du stérilisateur.
Cette vanne a un triple but: d'abord régler da pression et maintenir chaque .particule du produit laitier sous une pression uniforme entre de moment
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où il pénétre .dans le stérilisateur 4 et le moment où il passe par cette vanne dans la chambre à vide 15 ;
en second lieu elle agit comme soupape de réduction de pression -du .produit laitier au moment où il passe de .l'extrémité de décharge du stédlisateur 4 dans la chambre à vide 15 ; en troisième lieu, elle sert à maintenir ,un niveau du produit laitier :déterminé à l'avance dans le puisard 6.
Pour effectuer cette der- ni'ere fonction ladite vanne 14 peut âtre du type à commande par moteur électrique, de fonctionnement étant commandé par une paize d'électrodes vertica- lement espacées 16 et 17 disposées dans le puisard 6 et reliées aux bornes du moteur de ladite vanne res- pectivement par les conducteurs 18 et 19, ce :
type de régulateur de niveau liquide â électrovanne étant connu dans l'industrie .depuis longtemps.
La chambre à vide 15 est d'une construction quelconque préférée ou usuelle et elle est maintenue sous un vide suffisant .pour .réduire :instantanément la température du produit laitier au moment où il entre dans la chambre à vide à une température infé- rieure.à 77 C et de préférence à 540C.
Le produit laitier est soutiré de la base de la chambre à vide 15 au moyen d'une pompe appropriée 20, de préférence du type à vis, et est refoulé par ladite :pompe dans un réfrigérant ou autre appareil de traitement préparatoire au -passage à la machine à mettre @en bouteilles, en boites ou en étuis de carton. Les vapeurs qui s'accumulent à la sortie supérieure de la chambre à vide 15 s'en échappent ,au sommet par un tuyau 21,
cependant que la vapeur d'eau et les vapeurs présentes dans le stérilisateur 4 quittent ledit stérilisateur par un tuyau 22 à soupape pour ,aboutir au préchauffeur ou appareil de pasteurisation ,instan- tanée 2, à la chemise ou aux serpentins de chauffage de la chambre à vide 15 ou à quelque autre point d'utilisation.
Bien que dans la description précédente, on ait envisagé le préchauffage du :produit laitier, on doit noter qu'il n'est pas essentiel, mais qu'il est très désirable. En son absence, il ,faut beaucoup plus de soin, de précautions cet de réglage pour la mise en oauvre du .procédé en vue d'assurer une stérilisation :
appropriée et la production d'un produit laitier uni- forme et commercialement acceptable. Le produit laitier introduit dans le stérilisateur 4 à une température basse ou variable exige l'application d'une température effective plus élevée dans le stérilisa- teur et nécessite le réglage du débit du produit laitier et du volume et de la température de la vapeur pour assurer l'obtention d'un produit :
uniforme et commercialement acceptable. Ainsi, il est préférable de préchauffer le produit laitier en utilisant un préchauf- feur ou appareil de pasteurisation instantanée 2, avec ou sans homogénéiseur 7, pour préchauffer le produit laitier à une température ne dépassant pas 740 C car ,
aux températures supérieures l'albumine du produit -laitier si elle est maintenue à une température supérieure à 740 C pendant plus de trente secondes environ commence à se coaguler et il se forme des sulfhydriles à .partir d'une ou de plusieurs des protéines du produit laitier, en particulier de la P-lacto-globuline.
Bien qu'on ait décrit l'usage d'un homogénéiseur avant l'entrée du produit laitier :dans le .stérilisateur 4, l'usage d'un tel dispositif n'est pas nécessaire quand on :stérilise par la chaleur un produit laitier exempt de matières grasses, par exemple du lait écrémé.
L'usage de l'homogénéiseur 7 est tr s recommandé pour deux raisons, d'abord pour charger dans le stérilisateur 4 une masse homogène au lieu d'une masse non équilibrée @du produit laitier soumis au traitement, ensuite pour exposer au traitement par la chaleur subséquent une plus grande :surface de corps gras du produit laitier et assurer ainsi une désactivation maxima des enzymes.
On notera ;partieuliùrement dans le fonctionne- ment du procédé décrit qu'aucune des particules du produit laitier à un moment quelconque :au cours de son introduction ou de ;son passage dans le stérilisa- teur 4 ne se trouve en contact avec une surface dont la température est supérieure à celle du produit laitier lui-même.
C'est là une caractéristique :tout à fait distinctive relativement aux procédés antérieurs, dans lesquels le produit laitier vient en contact avec des plaques chauffées ou s'écoule dans des tubes chauffés qui sont toujours maintenus à ou acquièrent une température .supérieure à la température du produit laitier.
Dans ces dispositifs antérieurs certaines des particules du produit laitier sont invariablement chauffées ou portées à des températures dépassant 1490 C, ce qui provoque la coagulation, l'apparition d'une saveur de cuit, .1e brunissement, l'agglomération, etc.
Le procédé décrit comporte également des avan- tages nets sur les anciens procédés à plaques ou tubes chauds, les procédés par :injection de vapeur d'eau, les procédés de chauffage par pulvérisation ou tous autres procédés connus.
Nombre de ces .anciens procédés et en particulier les procédés utilisant des réchauffeurs tubulaires ou à plaques fonctionnent en circuit fermé, dans lequel les divers gaz et vapeurs formés dans et à partir du produit laitier par suite du chauffage ne s'échappent pas du produit laitier, y sont retentis et nuisent ainsi à sa saveur. L'us:
age d'atomiseurs sous forte pression de vapeur d'eau ou de stérilisateurs du type à injection, selon les anciens procédés, produit -un .chauffage instantané du produit laitier, de sorte que la durée de maintien en température est insuffisante pour effectuer une désactivation totale des enzymes. Quand il sort à la fois de la vapeur d'eau et du :
produit laitier de l'ex- trémité de décharge du stérilisateur à injection de vapeur antérieur, qui passent dans la chambre à vide, il se produit des surchauffes excessives qui provoquent une coagulation indésirable de la caséine, du sucre du produit laitier et des portions de petit- lait contenues dans les protéines.
Dans les :procédés usuels de chauffage par pulvérisation dans lesquels le produit laitier est pulvérisé dans une chambre for-
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tement chauffée sous pression,
de milieu de chauffage se mélange inégalement .avec les particules in- dividuelles du produit laitier et celui-ci a une tendance marquée à coller aux .parois chaudes de la chambre de pulvérisation. De plus le procédé usuel par pulvérisation n'est .pas entièrement satisfaisant du point de vue pratique dans l'industrie, en raison de ce que le produit laitier et le milieu chauffant sont déchargés par un orifice commun,
ce qui nécessite une séparation subséquente et conduit à des pertes par entraînement.
Le fait que le produit laitier est maintenu à la température de 149 C, pendant ,au minimum une seconde et demie, assure non .seulement une dés.ac- tivation sensiblement complète des enzymes conte- nus dans le produit laitier, mais encore sa stérilisa- tion sensiblement totale.
Le produit laitier est déchargé du stérilisateur 4 en trois secondes au maximum, ce qui évite à la fois une coagulation excessive et la formation de sulfhydr .iles. L'absence totale de sulfhydriles dans le produit stérilisé par le procédé selon l'invention montre de manière concluante qu'il n'y a pas d'altération nuisible de la teneur en protéine du .produit laitier,
facteur qui contribue dans une large mesure à la production d'un produit laitier stérilisé possédant un degré élevé de stabilité ou de durée de conservation. Le passage du produit laitier dans le stérilisateur 4 sur les plaques parallèles 5 disposées verticalement et espacées assure l'écoulement doux et régulier du produit laitier, sans agitation et tend à en préserver la stabilité naturelle.
L'agitation au cours du chauffage provoque une coagulation visible plus facilement et plus rapidement que dans le cas où le produit laitier est chauffé avec un mini- mum d'agitation.
Le fait que dans le présent procédé le produit laitier et le milieu chauffant sont déchargés du stérilisateur par des orifices séparés constitue une caractéristique importante de finvention, comme également le fait que la température du produit laitier .au moment où il quitte l'extrémité de décharge du stérilisateur est instantanément réduite dans la chambre à vide à une température qui ne nuit pas .au produit laitier.
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Process for sterilizing dairy products The present invention relates to a process for sterilizing whole or skimmed milk, condensed milk or cream.
Heretofore, in most processes for the heat treatment of dairy products, no account has been taken of the differences existing between the various nutrient constituents of the dairy product with regard to their reaction to heat. Dairy specialists are well aware that milk contains among its various constituents nutritious compounds such as water. Proteins, such as casein, lactalbumin, lactoglobulin.
Vitamins. Gas.
Milk fats. Lactose (milk sugar). Milk ash. Pigments.
Enzymes. Cellular matters.
Each of these nutrient constituents react differently to the influence or effect of various time / temperature relationships so that any process of heat-treating dairy products for sterilization must take into account the requirements. characteristics of each of these nutrient constituents and of any living microorganisms
such as bacteria, molds and yeasts present in non-sterile dairy product, and the reaction of each of them to varying degrees of temperature and varying durations of heat treatments. To meet consumer demand, sterilized dairy products must retain all of the desirable properties and characteristics of the non-sterile dairy product with respect to flavor, stability, consistency, color, etc.
The prior heat treatment methods for effecting sterilization are such as to adversely affect various desirable properties and characteristics of the dairy product, particularly with respect to its natural flavor.
It has therefore been sought to provide a process for the heat siterilization of dairy products in which substantially complete sterilization is effected without adversely affecting its natural and normal properties or characteristics.
Preserving the quality of the dairy product involves not only an appropriate time / temperature relationship for sterilizing it, but also the actions and reactions of its various constituents which can affect flavor.
Experts thus know that two of the main factors responsible for the browning of dairy products in thermal processing are lactose and casein. None of these constituents, heated alone, turn brown easily, but they do turn brown when heated together.
Milk chemists themselves have not fully elucidated all the connections between the various constituents of milk. It has long been known, however, that any heat treatment which adversely affects any of the constituents of the dairy product can impair the quality of the dairy product and decrease its consumer acceptance.
Thus the present invention also proposes to provide a method of heat sterilization of the dairy products listed above which does not harm any of its constituents and especially conforms to the following relations
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1) Living Organsmzs:
the time / temperature relationship used to effect substantially complete sterilization is 149 ° C for 0.8 seconds 143 ° C for 5 seconds 138 ° C for 15 seconds 127 ° C, for 120 seconds 2) Enzymes.
The time / temperature relationship applied to effect substantially complete deactivation of the enzymes present in the processed milk is as follows 149e C for 1.5 seconds 146e C for 2.8 seconds 143e C for 4.8 seconds 140,
5th C for 8 seconds 138th C for 18 seconds The efficiency of the time / temperature relationship specified above for the deactivation of lipase is largely determined by the degree to which the fat content of the dairy product is lowered for thereby exposing the lipase to a direct heat exchange relationship with the sterilizing medium.
3) Coagulation. The higher the temperature the dairy product is subjected to, the more it tends to coagulate, this coagulation occurring from the combination of casein, the sugar of the dairy product and the whey portions of the protein content of the dairy product. .
This coagulation causes an undesirable increase in the viscosity of the dairy product and results in a loss of harmful flavor. To avoid this coagulation, it was determined that the time-to-temperature ratio should not exceed the following limits 121 e C for about 120 seconds 149e C for about 3 seconds 154e C for about 1 second.
4) Sulfhydriles. The most recent research on the flavor of the dairy product has revealed that the cooked flavor of the heated dairy product is largely due to the release of sulfides from the dairy product.
Hydrosulfurils are formed by the degradation or denaturation of the whey portion of the proteins in the dairy product, particularly P-globulin, and this degradation has been found to be initiated by heating the milk product to a temperature. temperature of 77 ° C at most.
The intensity of the cooked flavor increases, with the temperature applied in the heat treatment depending on the number of activated sulphide groups, the degree of oxidation of the sulphide groups by atmospheric oxygen and the degree of irreversible action of the groups. sulfhydrates on other constituents of milk.
Taking into account the above, the sterilization process according to the invention is characterized in that the whole or skimmed milk, condensed milk or cream is subjected in the form of a thin mobile film to a heat exchange direct by contact with a strongly heated gaseous medium having a temperature enabling the temperature of each particle of the dairy product to be raised to a temperature of up to 149 ° C,
in that the dairy product is maintained at said temperature for a period ranging from one and a half to three seconds, and in that thereafter the temperature of the dairy product is instantly reduced.
In the appended drawing, there is shown, in a more or less schematic manner, an apparatus which can be used to implement the method according to the invention.
Fig. 1 is a flow diagram showing an apparatus capable of performing the various operations of the method according to the invention.
Fig. 2 is a fragmentary view showing the use of a homogeniser interposed between the preheater or instant pasteuriser and the sterilizer.
Fig. 3 is a fragmentary view showing an installation in which a homogenizer is arranged between the preheater or instant pasteurizer and the sterilizer and comprising a system of valves for the passage of the mobile material subjected to sterilization directly from the preheater or pasteurizer. instantaneous to the sterilizer of said preheater or instant pasteurizer through the homogeniser in the sterilizer, as desired.
According to the embodiment shown in FIG. 1, the gear pump 1 receiving the dairy product from any suitable source sends it under pressure into the preheater or instant pasteurizer 2,
of any preferred or customary construction capable of raising the temperature of the dairy product to a value -for example 63 ° C. and not exceeding 74 ° C., the preheated dairy product is delivered by the pump 1 through the preheater or the pasteurizer instantaneous 2 and through a pipe or conduit 3 at the top of a:
sterilizer 4 comprising a plurality of plates 5 in parallel and vertically arranged at the top of which the dairy product is charged in an equal and uniform stream descending on the surface of said plates to their base so as to form a thin and uniform film. Leaving the lower edges of the plates 5, the dairy product falls into a sump 6 consisting of a relatively short pipe with a relatively small diameter,
for example an internal diameter of the order of 37.5 mm. The level of the liquid present in the sump 6 is regulated by appropriate means and this sump and the liquid it contains constitute a liquid seal, which effectively prevents the discharge of water vapor or other gaseous treatment medium. strongly heated from sterilizer 4 with the process milk contained therein.
As shown in fig. 2, it is possible to insert or mount, between the preheater or the instantaneous pasteurisation apparatus 2 and the sterilizer 4, a homogeniser 7 of any usual or pre-
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suitable for homogenization of the dairy product subjected to the treatment,
this homogenizer 7 also being capable of operating as a pump to suck the preheated dairy product from the preheater or from the instant pasteurization apparatus 2 and send it under pressure into the sterilizer 4.
When using a homogenizer 7, the temperature of the milk product leaving the preheater or the instant pasteurizer 2 should not exceed about 680 C, so that the temperature imparted to the dairy product by said homogenizer (increase temperature which is inherent in the operation of the homogenizer) does not raise the total temperature of the dairy product to a point exceeding about 740 C:
as the dairy product enters the sterilizer 4.
As shown in fig. 3, it is also possible to insert or mount between the preheater or the instant pasteurization device 2 and the sterilizer 4, a homogenizer 7 of the: type:
shown in fig. 2 and to have a tap 8 with a pipe 9 to pass the dairy product ad libitum into the homogenizer or to bypass it and send directly from the preheater or instant pasteurization device 2 into the homogenizer. sterilizer 4.
In the form of the apparatus shown in FIG. 3, the sending of the product, slag to the preheater or instant pasteurizer 2 is regulated by a three-way valve 10 which in one position sends the dairy product to the inlet of the gear pump 1 and, in a other position,
diverts it from this pump and sends it from its source to the preheater or instant pasteurization device 2 through a conduit 11.
When the tap is turned to a third position, the flow of dairy product is stopped completely. The tap 8 is also of the three-way type and, in one position, ensures the passage of the dairy product coming from the preheater or: instant pasteurization apparatus 2 to the homogenizer 7 and in another position diverts the dairy product from the homogenizer 7 and directs:
the current from the preheater or instant pasteurizer 2 to the 4th sterilizer 4. When said tap is placed in a third position, the arrival of the dairy product to the sterilizer is completely stopped.
It results from the above description and from FIG. 3 of the accompanying drawing that when using the homogenizer 7, it is not necessary to use the pump 1, in which case the tap 10 is set so as to bypass said pump and to load the dairy product through the duct 11, and the tap 8 is operated so as to send the dairy product to the preheater or pasteurizer: instantaneous 2 and the homogenizer 7;
the homogenizer 7, in addition to its homogenizing role, serves as a pump for sucking the dairy product from its source by the preheater or the instant pasteurization device 2 and delivering it under pressure into the sterilizer 4.
The sterilizer 4: is constructed in such a way that the preheated milk product is distributed therein so as to flow substantially entirely downward along the surfaces of the spaced vertical and parallel plates 5 in the form of a thin film. of substantially uniform thickness and which completely covers the surfaces
of said plates, the dairy product thus being subjected during its descent to direct surface contact and heat exchange with the strongly heated gaseous treatment medium, for example steam, the temperature and pressure of which. effective are sufficient to bring each particle of the dairy product to the temperature of 1490C.
To carry out the sterilization of dairy products in accordance with the process according to the invention, the following can be done, for example, The dairy product is sent: in the sterilizer 4 a strongly heated gaseous treatment medium such as water vapor coming from an appropriate source by:
inlet valve 12 at a temperature and under a pressure which depend on the character of the dairy product subjected to the treatment but are always sufficiently high and distributed in said sterilizer to create therein an effective constant temperature of 1490 C and a pressure slightly less than the pressure imparted to the dairy product by gear pump 1 or
the homogenizer 7, depending on the means by which it is loaded under pressure into the sterilizer 4. The dairy product passes through the sterilizer 4 at a controlled rate which is determined to a large extent by the vertical length of the plates 5, which rate ensures an elevation of each of the particles of the dairy product at a temperature of 149 C-for at least 1,
5 seconds and which does not subject the dairy product to this temperature of 149o C for a time that exceeds approximately three seconds. This specific time / temperature ratio is maintained with care and precision by a suitable temperature sensitive adjustment mechanism of any preferred or customary model,
in such a way that at no time during the flow or passage of the milk product through the sterilizer 4 the particles of the milk product are brought to a temperature exceeding 1490 C.
The dairy product at this temperature of 1490 C passes from the sump 6 through a relatively short pipe 13 connected at one end to the base of said sump and at the other end to the inlet of a valve 14 of special construction immediately adjacent. to a vacuum chamber 15 and having its outlet end connected directly to said vacuum chamber.
It is easy to realize that the sump 6 and the pipe 13 in reality constitute a part of the sterilizer 4 and that the end of said pipe connected to the valve 14 in fact constitutes the outlet end of the sterilizer.
This valve has a threefold purpose: first to regulate the pressure and to maintain each particle of the dairy product under a uniform pressure between
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where it enters the sterilizer 4 and when it passes through this valve into the vacuum chamber 15;
second, it acts as a pressure reducing valve for the dairy product as it passes from the discharge end of the sterilizer 4 into the vacuum chamber 15; third, it is used to maintain a level of the dairy product: determined in advance in the sump 6.
To perform this last function, said valve 14 may be of the type controlled by an electric motor, its operation being controlled by a paize of vertically spaced electrodes 16 and 17 arranged in the sump 6 and connected to the terminals of the motor. of said valve respectively by conductors 18 and 19, this:
type of solenoid valve liquid level regulator having been known in the industry for a long time.
The vacuum chamber 15 is of any preferred or customary construction and is maintained under a sufficient vacuum to instantly reduce the temperature of the dairy product as it enters the vacuum chamber to a lower temperature. at 77 C and preferably at 540C.
The dairy product is withdrawn from the base of the vacuum chamber 15 by means of a suitable pump 20, preferably of the screw type, and is discharged by said pump into a condenser or other pre-treatment apparatus before passing through. the bottling machine, in boxes or in cardboard cases. The vapors which accumulate at the upper outlet of the vacuum chamber 15 escape, at the top through a pipe 21,
while the water vapor and the vapors present in the sterilizer 4 leave said sterilizer through a valve pipe 22 to end up in the preheater or pasteurizer, instantaneous 2, in the jacket or in the heating coils of the chamber empty 15 or some other point of use.
Although in the foregoing description preheating of the dairy product has been considered, it should be noted that it is not essential, but is very desirable. In its absence, it takes much more care, precautions this adjustment for the implementation of the .procédé in order to ensure sterilization:
suitable and production of a uniform and commercially acceptable dairy product. The milk product introduced into the sterilizer 4 at a low or variable temperature requires the application of a higher effective temperature in the sterilizer and requires the adjustment of the flow rate of the milk product and the volume and temperature of the steam to ensure that a product is obtained:
uniform and commercially acceptable. Thus, it is preferable to preheat the dairy product using a preheater or instant pasteurizer 2, with or without homogenizer 7, to preheat the dairy product to a temperature not exceeding 740 C because,
at temperatures above the albumin of the dairy product if it is maintained at a temperature above 740 C for more than about thirty seconds begins to coagulate and sulfhydrils are formed from one or more of the proteins of the product slag, in particular P-lacto-globulin.
Although the use of a homogenizer has been described before the entry of the dairy product: in the sterilizer 4, the use of such a device is not necessary when one: sterilizes a dairy product by heat free from fat, eg skimmed milk.
The use of the homogenizer 7 is highly recommended for two reasons, first to load into the sterilizer 4 a homogeneous mass instead of an unbalanced mass of the dairy product subjected to the treatment, second to expose to the treatment by the subsequent heat a greater: fatty substance surface of the dairy product and thus ensure a maximum deactivation of the enzymes.
It will be noted; particularly in the operation of the process described that none of the particles of the dairy product at any time: during its introduction or of; its passage through the sterilizer 4 is in contact with a surface of which the temperature is higher than that of the dairy product itself.
This is a characteristic: quite distinctive from previous processes, in which the dairy product comes into contact with heated plates or flows into heated tubes which are always maintained at or acquire a temperature above the temperature. of dairy product.
In these prior devices some of the particles of the dairy product are invariably heated or brought to temperatures in excess of 1490 ° C., which causes coagulation, the appearance of a cooked flavor, browning, agglomeration, etc.
The process described also has clear advantages over the old hot plate or tube processes, the steam injection processes, the spray heating processes or any other known process.
Many of these older processes and in particular the processes using tubular or plate heaters operate in a closed circuit, in which the various gases and vapors formed in and from the dairy product as a result of the heating do not escape from the dairy product. , are echoed there and thus harm its flavor. The us:
age of atomizers under high pressure of water vapor or of sterilizers of the injection type, according to the old processes, produces instantaneous heating of the dairy product, so that the temperature holding time is insufficient to effect deactivation total enzymes. When it comes out of both water vapor and:
milk product from the discharge end of the previous steam injection sterilizer, which pass into the vacuum chamber, excessive overheating occurs which causes undesirable coagulation of the casein, sugar of the dairy product and portions of whey contained in protein.
In the usual spray heating processes in which the dairy product is sprayed into a forced chamber
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fully heated under pressure,
Heating medium mixes unevenly with the individual particles of the milk product and the milk product has a marked tendency to stick to the hot walls of the spray chamber. In addition, the usual spraying process is not entirely satisfactory from the practical point of view in the industry, due to the fact that the dairy product and the heating medium are discharged through a common orifice,
which requires a subsequent separation and leads to losses by entrainment.
The fact that the dairy product is maintained at a temperature of 149 ° C. for at least one and a half seconds not only ensures a substantially complete deactivation of the enzymes contained in the dairy product, but also its sterilization. - substantially total tion.
The dairy product is discharged from the sterilizer 4 in a maximum of three seconds, which prevents both excessive coagulation and the formation of hydrosulfur. The total absence of hydrosulphurils in the product sterilized by the process according to the invention shows conclusively that there is no harmful alteration of the protein content of the dairy product,
factor which contributes significantly to the production of a sterilized milk product having a high degree of stability or shelf life. The passage of the dairy product in the sterilizer 4 on the parallel plates 5 arranged vertically and spaced apart ensures the smooth and regular flow of the dairy product, without agitation and tends to preserve its natural stability.
Agitation during heating causes visible coagulation more easily and quickly than when the dairy product is heated with minimal agitation.
An important feature of the invention is that in the present process the dairy product and the heating medium are discharged from the sterilizer through separate ports is an important feature of the invention, as is also the fact that the temperature of the dairy product as it leaves the discharge end of the sterilizer is instantly reduced in the vacuum chamber to a temperature which does not harm the dairy product.