CH632651A5 - Procede et appareil de congelation rapide de produits alimentaires. - Google Patents

Description

25 La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la congélation rapide de produits alimentaires, par exemple liquides ou pâteux, en vue de l'emploi industriel et pour la fabrication de produits destinés à la consommation ménagère.

En l'état actuel de la technique, les produits ou liquides alimentai-30 res visqueux sont congelés en récipients de volume variable, depuis 250 ml, par exemple, pour les jus de fruits concentrés jusqu'à 10 ou 201 pour les jaunes d'œufs, en containers en matière plastique ou autres matériaux, et même 30 à 501 pour le jus d'orange conditionné en sacs plastiques.

35 La congélation en paillettes ou plaquettes par des cylindres refroidis ou des écailleuses n'est pas adaptée aux produits considérés, elle ne convient qu'aux liquides de faible viscosité, comme l'eau par exemple. Les produits et liquides alimentaires visqueux sont donc traités suivant la technique de congélation en blocs. 40 La congélation en blocs des produits et liquides alimentaires visqueux, selon la pratique industrielle actuelle, présente plusieurs inconvénients.

Dans tous les cas, le produit soumis au traitement de congélation est conditionné dans un emballage. Or, tout emballage est onéreux, 45 et cela d'autant plus que le volume unitaire est petit.

D'autre part, les congélations et décongélations sont lentes. Ainsi, la congélation en blocs de sacs de jus d'orange de 30 à 501 requiert un m séjour de 24 à 48 h en chambre froide, et celle des œufs en container environ 48 h. Pendant ces durées prolongées de congélation, les 50 produits alimentaires risquent d'évoluer et de s'altérer au cours de ces opérations. Dans le cas de la décongélation, une augmentation de la vitesse de celle-ci peut entraîner des surchauffes et provoquer une détérioration de la qualité du produit, par exemple s'il s'agit de décongeler un bloc de potage avec des moyens de cuisine usuels. 55 De plus, il est nécessaire de décongeler un bloc entier, car il est difficile de le fragmenter, ce qui empêche les utilisations pratiques de petites quantités de produit. Pour la même 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 60 dosages de produits finis ou à transformer.

Le but de l'invention est de trouver un procédé qui permette de pallier les inconvénients de la congélation en blocs.

A cet effet, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on mélange le produit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige de 65 dioxyde de carbone en excès par rapport à la quantité juste nécessaire pour obtenir la congélation du produit alimentaire.

Ainsi, le procédé selon l'invention conduit à l'obtention quasi instantanée de produits congelés en granulés et adapté aux applica-

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tions industrielles et à des fabrications pour la consommation ménagère.

La congélation rapide des produits, dans des conditions régulières et excellentes de refroidissement, constitue une garantie pour le consommateur. La présentation sous forme de particules d'un produit alimentaire congelé donne la possibilité au consommateur de prélever uniquement la quantité destinée à une utilisation immédiate, elle l'assure également d'une décongélation rapide qui élimine toute altération de la qualité. Ainsi, l'utilisateur pourra prélever la quantité de jus d'orange congelé nécessaire 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 blocs d'une boîte de jus d'orange, le consommateur devra attendre environ 2 h avant de procéder à la dilution du jus, durée normale de décongélation du contenu d'une boîte. De même, les inconvénients de la décongélation des potages en blocs sont supprimés.

La nouvelle technique permet le mélange dans les proportions désirées de différents constituants. On peut réaliser des 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 produits alimentaires par mélange avec de la neige carbonique, on peut congeler le produit alimentaire liquide ou pâteux par malaxage avec la neige de dioxyde de carbone en excès.

On peut former in situ un lit de neige de dioxyde de carbone divisé par brassage, puis mettre en présence avec le lit de particules de dioxyde de carbone le produit alimentaire à l'état liquide ou pâteux, divisé au contact de la neige de dioxyde de carbone jusqu'à formation de granules dudit produit alimentaire.

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 peut également être divisé au-dessus du lit de neige carbonique.

La neige de dioxyde de carbone et le produit alimentaire peuvent être introduits de façon 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 congélation du produit alimentaire est extrêmement rapide et le liquide alimentaire nourrit les particules déjà congelées qui se trouvent dans la zone de malaxage. Le produit permet l'obtention de particules 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 sublimation 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 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 malaxage est plus rapide, et inversement. Avantageusement, le temps de contact est de l'ordre de quelques minutes, de préférence compris entre 1 à 10 min. Une augmentation de la vitesse de malaxage de 1 à 2 a une répercussion sensible sur le diamètre des granules. Avec une vitesse linéaire des organes de brassage de 0,80 m/s, on obtient des particules de 10 à 15 mm, tandis qu'une vitesse double de 1,60 m/s conduit à des particules plus petites de 5 à 10 mm. On choisit une vitesse comprise entre 0,3 et 2 m/s.

Les dimensions des granules sont aussi fonction de la viscosité du produit à congeler; les granules sont gros et irréguliers quand le produit a une viscosité élevée. Ces dimensions sont également fonction de l'aptitude du produit à la congélation; les grains sont petits quand le produit est difficile à congeler. Le procédé est applicable à une gamme étendue de viscosité, depuis les produits aqueux à faible viscosité jusqu'aux produits à viscosité élevée pouvant atteindre 60 Po. Lorsque 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 — 78,9° C, les grains de produits alimentaires congelés, après stabilisation de la température, peuvent être extraits à des températures de —70 à — 18°C, par exemple, correspondant aux températures habituelles de conservation des surgelés.

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 possible de congeler 101/h par litre de capacité de l'appareil de malaxage, par exemple 250 1/h pour un malaxeur de 251 de capacité. Le débit important fait que l'abrasion du produit congelé est faible pendant l'opération.

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 reliquéfaction. Cette reliquéfaction se fait de manière classique par compression en deux étages, jusqu'à 20 bar par exemple, puis refroidissement à — 20° C par une installation frigorifique classique avec un fluide frigorigène, tel l'ammoniac ou un hydrocarbure fluoré.

Selon une variante de l'invention, on peut procéder à un apport complémentaire réglé de produit à congeler. Cet appoint de produit est destiné à sublimer la neige de dioxyde de carbone en excès et à réchauffer la température des granules de produit congelé avant leur extraction; il est réglé par la température d'extraction choisie. Cet apport de liquide à congeler peut se faire, quand la viscosité du produit le permet, par pulvérisation soit du liquide seul, soit du liquide divisé par du gaz carbonique sous pression.

Le procédé de congélation par brassage du produit visqueux à congeler peut être mis en œuvre 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 malaxage la congélation du liquide alimentaire visqueux au contact de la neige carbonique. Le débit d'arrivée de la neige carbonique dans cette première zone est réglé par la température de la deuxième zone, la neige carbonique étant toujours en excès dans la zone de congélation.

La deuxième zone est réservée à la séparation des granules congelés de taille convenable de la neige fine et des fines particules congelées. Les fines particules qui ont été séparées 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 de la température du produit congelé par un apport complémentaire de produit à congeler réglé 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, simple et peu coûteux, permet de surgeler en granules, avec un débit horaire élevé, des produits liquides ou pâteux. Il est notamment applicable à la surgélation de tous les jus de fruits et de légumes, des pulpes et nectars de fruits, tels que pêche, cassis, abricot, groseille, fraise, framboise, en vue de la préparation des glaces et sorbets. Le procédé convient particulièrement bien à la préparation de coulis et de concentré de tomates, de purée de divers légumes tels que carottes, dont la pectine et la couleur se conservent intactes, et épinard, oignon, ail. Le procédé donne d'excellents résultats dans la conservation des sauces, crèmes et potages ainsi que dans celle des jaunes d'œufs pour la pâtisserie. Le

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procédé est également très avantageux en conserverie et confiturerie alimentaires pour absorber les surproductions momentanées au moment des récoltes de légumes tels que tomates et fruits par exemple.

Des formes d'exécution de l'appareil pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention seront décrites, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé, dans lequel:

la fìg. 1 est une vue en coupe transversale verticale schématique d'une première forme d'exécution de l'appareil,

la fig. 2 est une vue en coupe verticale longitudinale et schématique du même appareil, et la fig. 3 est une vue en coupe verticale longitudinale et schématique d'une seconde forme d'exécution de l'appareil.

Au dessin annexé, un malaxeur comprend une auge semi-cylindri-que horizontale 1 équipée dans le sens longitudinal d'un rotor 2 muni de bras non orientés 3 terminés par des palettes 4, cet ensemble rotatif étant d.estiné à réaliser le malaxage du produit alimentaire liquide ou pâteux. L'auge est extérieurement calorifugée par une isolation 5 du type polyuréthanne injecté.

L'appareil est fermé par le couvercle 6 dans lequel arrivent en 7 la tubulure d'introduction du produit alimentaire, et en 8 le tromblon d'alimentation en neige carbonique; l'électrovanne 9 commande l'arrivée du C02 liquide véhiculé dans la 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 excès. A la sortie de l'appareil, on prévoit un crible pour récupérer 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'auge, la vidange 13 est destinée à l'évacuation du produit restant dans l'appareil en fin d'opération.

Le malaxeur semi-cylindrique horizontal selon la fig. 3 a été allongé et séparé, d'une manière plus ou moins nette, en zones correspondant à la variante du procédé 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 carbonique et stabilisation de la température du produit congelé.

L'appareil comprend une grande cuve parallélipipêdique 14 couverte et calorifugée, à fond cylindrique.

Sur toute la longueur, l'appareil est équipé d'un rotor 15 muni de bras 16 terminés par des palettes 17 disposées 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 palettes : à leur extrémité, une'première série de palettes périphériques 18, orientées de manière telle que les petites particules de produit congelé soient dirigées vers la zone précédente et, plus près du centre, une seconde série de palettes 19 orientées de manière telle que les grosses particules de produit congelé 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 communication par le couloir 21 ménagé dans la cloison.

Dans la zone d'entrée, la partie supérieure de l'appareil est munie des tubulures d'introduction du produit alimentaire 22 régulièrement réparties autour du tromblon de la neige carbonique 23; l'électrovanne 24 commande l'alimentation en C02 liquide circulant dans la canalisation 25. La partie supérieure 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 refroidissement 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 centrale orientant les 5 particules fines vers la zone d'entrée peuvent être remplacées par des spires de torsion appropriée.

On peut avantageusement incliner le malaxeur en surélevant 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 io malaxeur, les particules fines étant ramenées 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 rotors étant sur un même plan horizontal et permettant d'augmenter la capacité de 15 production.

Les appareils doivent être fermés et le dioxyde de carbone rejeté à l'extérieur par une cheminée dans le cas d'utilisation en gaz perdu, mais il est possible de maintenir une surpression dans l'appareil, de sorte que les entrées d'air peuvent être totalement évitées, ce qui est 20 favorable à la reliquéfaction du gaz carbonique.

Il est donné ci-après des exemples qui illustrent l'invention à titre non limitatif.

Exemple 1:

25 Dans un malaxeur selon la fig. 3, dans lequel la capacité de la première zone est de 251, on congèle du concentré de jus de tomate à 14% de substance sèche d'une viscosité de 3 Po à 24° C, 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. 30 La neige carbonique est introduite à raison de 0,8 kg de neige par kilo de concentré de tomate. Puis on verse sur le lit de neige le jus de concentré de tomate avec un débit de 2001/h, qui se divise au contact du lit de neige carbonique.

La vitesse linéaire des bras du malaxeur est de 1,30 m/s. La 35 congélation est instantanée, et le temps de séjour dans la zone de congélation est de l'ordre de 6 min. Les granules de 10 à 25 mm, les fines de neige et de produit sont dirigés vers la zone de séparation où la température est de l'ordre de — 50°C. Les palettes extérieures renvoient les fines inférieures à 10 mm vers la zone de congélation, 40 tandis que les palettes centrales dirigent les granules de taille convenable, 10 à 25 mm, vers le couloir de communication avec la zone de stabilisation de température. On procède à une injection complémentaire du pulvérisateur, avec un débit de 101/h. La température des grains se stabilise à — 20° C et l'on procède à 45 l'extraction du produit congelé. Le dioxyde de carbone gazeux est recyclé après compression et liquéfaction.

Exemple 2:

Dans un malaxeur du type 1 de 251 de capacité, on congèle de la so purée d'épinard de viscosité 40 Po à 15°C, 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 kilo de purée d'épinard. 55 Puis on verse sur le lit de neige la purée d'épinard à 15°C avec un débit de 150 kg/h; elle se divise au contact du lit de neige.

La vitesse linéaire des bras du malaxeur est de 1,90 m/s. La congélation est instantanée et le temps de séjour dans la zone de congélation est de l'ordre de 8 min. La neige carbonique extraite du 60 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'épinard dans le malaxeur. La neige est réutilisée et les petits grains grossissent par apport de purée d'épinard qui se congèle à leur 65 surface. Comme précédemment, on travaille en circuit fermé et le dioxyde de carbone est récupéré et recyclé après reliquéfaction.

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1 feuille dessin

Claims (15)

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1. Procédé de congélation rapide de produits alimentaires, caractérisé en ce qu'on mélange le produit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige de dioxyde de carbone en excès par rapport à la quantité juste nécessaire pour obtenir la congélation du produit alimentaire.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après avoir formé in situ un lit de neige de dioxyde de carbone divisé par brassage, on met en présence avec le lit de particules de dioxyde de

. carbone le produit alimentaire à l'état liquide ou pâteux, divisé au contact de la neige de dioxyde de carbone jusqu'à formation de granules du produit alimentaire.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le produit alimentaire est introduit en masse, la division s'effectuant dans le lit de neige de dioxyde de carbone par l'effet de brassage.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le produit alimentaire est divisé au-dessus du lit de neige carbonique.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit de façon continue de la neige de dioxyde de carbone et du produit alimentaire en même temps que l'on soutire 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.

6. Procédé 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 selon la revendication 1, caractérisé en ce que les granules congelés sont extraits après stabilisation de la température à des températures comprises entre —70 et — 18°C.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à un apport complémentaire réglé de produit à congeler destiné à sublimer la neige de dioxyde de carboné en excès et à réchauffer la température des granules de produit congelé à la température d'extraction, cet apport étant réglé par la température d'extraction choisie.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'apport complémentaire se fait par pulvérisation du produit alimentaire liquide.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'apport complémentaire se fait par pulvérisation du liquide alimentaire divisé par du dioxyde de carbone gazeux sous pression.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse linéaire des organes de malaxage est comprise entre 0,3 et 2 m/s.

12. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le malaxage du produit alimentaire se fait dans trois zones, respectivement dans une première zone de congélation où le produit à congeler est malaxé avec la neige de dioxyde de carbone en excès, puis une deuxième zone de séparation des granules congelés, de la neige fine et des fines du produit congelé, et dans une troisième zone de sublimation de l'excès de neige et de stabilisation de la température du produit congelé par un apport complémentaire de produit à congeler réglé par la température d'extraction choisie pour les granules congelés.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le débit d'arrivée de la neige de dioxyde de carbone dans la première zone est réglé par la température de la deuxième zone, et en ce que l'on crée une circulation à contre-courant entre les petits et les gros granules de produit congelé, les petits étant renvoyés vers la zone de congélation et les gros orientés vers la zone de stabilisation de la température du produit congelé.

14. Appareil pour la mise en œuvre du procédé suivant la revendication 1, 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 terminé par des palettes, fermé par un couvercle dans lequel débouchent l'introduction du produit à congeler, le tromblon d'alimentation en neige carbonique et la cheminée d'évacuation du dioxyde de carbone gazeux, et muni d'un orifice de sortie et de vidange.

15. Appareil selon la revendication 14 pour la mise en œuvre du procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend 5 une cuve parallélipipédique calorifugée, couverte, 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'entrée ait une orientation axiale, les bras du rotor, dans la zone centrale de l'appareil portant une double série de palettes orientées de io manière à créer une circulation à contre-courant entre les petites et grosses 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 communication par un couloir ménagé dans cette cloison, la partie i5 supérieure de la cuve étant munie dans la zone d'entrée des tubulures d'introduction du produit alimentaire régulièrement réparties autour du tromblon de la neige carbonique, dans la zone centrale du dispositif de récupération du dioxyde de carbone gazeux et dans la zone terminale d'un pulvérisateur d'appoint de liquide à congeler.