CH637273A5 - Procede et installation pour la solubilisation du cacao. - Google Patents

Procede et installation pour la solubilisation du cacao. Download PDF

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Description

La présente invention se rapporte à la fabrication du cacao soluble ou alcalinisé. Elle a pour objet un procédé de solubilisation ou alcalinisation du cacao et une installation pour la mise en œuvre du procédé.
Dans la suite de l'exposé, nous emploierons les termes solubilisation et soluble, bien qu'ils soient moins exacts qu'alcalinisation et alcalinisé, car la poudre de cacao traitée ne se dissout pas, mais plutôt se disperse dans le milieu aqueux lors de la confection de la boisson.
Classiquement, les différentes phases de la fabrication du cacao soluble comprennent le nettoyage et triage des fèves crues, la torréfaction, le concassage et le dégermage des fèves, la torréfaction pouvant également intervenir après le concassage, le prébroyage à la suite duquel les cellules sont brisées et libèrent le beurre de cacao, le produit obtenu constituant le grué moulu; celui-ci est alors solubilisé et la liqueur obtenue est transformée en pure pâte par broyage fin. La pâte est conduite vers des presses où une grande partie du beurre de cacao est séparée, laissant les tourteaux. Ces tourteaux sont enfin broyés et tamisés pour produire la poudre. Cette poudre est généralement additionnée de sucre, vitamines, malt, lécithine et l'ensemble constitue le produit final, permettant la constitution dans l'eau ou le lait de la boisson chocolatée.
L'opération de solubilisation est essentielle, car elle permet, par transformation de l'amidon, d'augmenter la dispersibilité du cacao en diminuant son agglomération et sa sédimentation. Elle est associée à la neutralisation des acides responsables de l'amertume et à l'obtention d'une coloration foncée agréable.
Plusieurs procédés de solubilisation ont été proposés. Selon une méthode, les fèves entières ou concassées sont traitées préalablement à ou pendant la torréfaction par l'ammoniac. L'ammoniac a l'inconvénient d'être malodorant et extrêmement corrosif.
Selon une autre méthode, qui est discontinue, la poudre déjà séchée subit un traitement par la vapeur sous pression en autoclave suivi d'une détente rapide ou flash avant son mélange avec le sucre. Bien que ce procédé soit rapide, il a l'inconvénient d'être par charges et présente le risque de traitement non uniforme de la poudre.
Selon une troisième méthode, en continu, les tourteaux, donc la pâte ayant subi un débeurrage poussé, sont mélangés à de l'eau, subissent une cuisson-extrusion, et le boudin obtenu est réduit en boulettes qui sont séchées en lit fluidisé. Ce procédé ne permet de traiter que les tourteaux et à un débit faible.
Tous ces procédés ne sont pas d'application courante par suite des inconvénients qu'ils présentent.
Industriellement, le procédé de solubilisation classique comprend le traitement de la pâte à température d'environ 100-120° C par une solution aqueuse d'un alcali, en général le carbonate de potassium ou de sodium pendant plusieurs heures, ce qui permet la réaction et le séchage, la pâte ayant, en fin d'opération, une teneur en eau d'environ 1%. Les résultats obtenus sont satisfaisants, mais de nombreux inconvénients subsistent: le procédé est discontinu, long, coûteux sur le plan énergétique, immobilise d'encombrantes installations et nécessite de nombreuses manipulations comportant des risques sanitaires. Pour effectuer une réaction correcte de la pâte avec la solution d'alcali, le mélange doit contenir environ 25% d'eau qu'il est nécessaire d'éliminer au cours du traitement.
Nous avons trouvé qu'on peut améliorer de façon substantielle la solubilisation en procédant en continu par des moyens simples permettant d'éliminer les risques sanitaires, d'obtenir un bilan énergétique beaucoup plus favorable et une qualité de liqueur solubilisée au moins égale, voire supérieure, du point de vue de la dispersibilité, de l'arôme et de la couleur.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on injecte en continu dans la masse de cacao de la vapeur et une solution concentrée d'un carbonate alcalin, séparément ou de préférence en mélange sous pression dans un tube, qu'on laisse réagir le carbonate avec la masse de cacao sous pression dans le tube, à au moins 120°C, qu'on soumet le mélange à une détente brusque et qu'on le sèche sous agitation, jusqu'à obtenir en fin d'opération une liqueur solubilisée séchée.
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Selon l'invention, on peut traiter le grué vert, préséché ou torréfié, la pure pâte, les tourteaux après débeurrage ou un mélange de mélasse et de grué ou pure pâte. Le terme de cacao utilisé selon l'invention se rapporte donc à une masse à traiter de l'un de ces produits.
On préfère cependant traiter le grué après torréfaction. Le mélange réactif vapeur-carbonate est préparé par dispersion du carbonate, de préférence le carbonate de potassium, sous la forme d'une solution concentrée à environ 50% de carbonate dans le flux de vapeur. Cette préparation a lieu de préférence par pulvérisation en fines goutelettes de la solution de carbonate à contre-courant d'un flux de vapeur saturante.
En variante, on peut mélanger la solution de carbonate avec la masse de cacao et injecter la vapeur dans le mélange obtenu, bien qu'on préfère, pour une meilleure réaction, les réactifs étant mélangés de façon idéale, procéder à l'injection d'une dispersion de la solution de carbonate dans la vapeur. Le rapport pondéral de carbonate/cacao est d'environ 20-25%o, tandis que le rapport pondéral mélange carbonate-vapeur/cacao est de 6-15%. Les quantités de réactifs peuvent varier selon le pH initial de la masse de cacao à traiter. Elles sont ajustées de façon à obtenir un pH final de la liqueur de 6,8 jusqu'à 7,5.
La masse de cacao tempérée à 45-70° C est mise en circulation dans un tube et le mélange réactif est injecté sous pression de vapeur de 8 à 12 atm. La masse de cacao est soumise à une forte turbulence et la température de la masse monte à environ 130°C. La réaction se déroule dans le tube pendant 30 à 80 s, la durée de la réaction étant déterminée par la longueur du tube d'attente, le tube d'attente étant maintenu en surpression de 1 à 6 atm et de préférence de 2 à 5 atm et une température supérieure à 120°C. Dans le tube, la teneur en eau du mélange est d'environ 9-13% en poids.
Après réaction, la masse est soumise à une détente brusque ou flash, jusqu'à la pression atmosphérique ou à une pression inférieure, sa température baissant à environ 100-110°C, et sa teneur en eau tombant à environ 6-7%. Elle est séchée sous agitation pendant 1-1 'A h jusqu'à une teneur en eau d'environ 1-1,5%.
L'invention concerne également une installation pour la mise en œuvre du procédé, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de préparation d'une dispersion de solution concentrée de carbonate alcalin dans la vapeur, un tube d'amenée de la masse de cacao, un dispositif injecteur du mélange carbonate-vapeur en aval du tube d'amenée, un tube d'attente ou de réaction muni de moyens de maintien d'une contre-pression constante et un dispositif de séchage muni de moyens de détente, de moyens d'agitation, de moyens d'évacuation de la vapeur et de moyens de décharge en continu de la liqueur solubilisée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention.
Au dessin:
la fig. 1 représente une vue schématique de l'installation;
la fig. 2 est une représentation schématique des dispositifs de préparation et d'injection du mélange carbonate-vapeur;
la fig. 3 est une représentation schématique du dispositif de séchage.
Telle que représentée sur la fig. 1, l'installation comporte:
— une cuve d'attente 1 contenant le cacao muni d'un agitateur 2,
— une pompe positive 3 alimentant la conduite 4,
— un injecteur de vapeur 5 avec sa conduite d'amenée de la dispersion de carbonate dans la vapeur 6,
— une conduite d'attente et de réaction 7 en aval de l'injecteur de vapeur 5,
— un manomètre 8 commandant une soupape 9 permettant d'assurer, en amont, une contre-pression constante dans la conduite d'attente 7 et, en aval, une détente du mélange,
— un dispositif de séchage 10 constitué d'une cuve fermée 11, d'arbres malaxeurs 12 actionnés par un moteur, dans laquelle débouche la conduite d'amenée de cacao 14, en haut de laquelle est branchée une cheminée d'extraction de vapeur 15 et à la sortie de laquelle est branchée une conduite de décharge de la liqueur 16.
A la fig. 2, la solution de carbonate est préparée dans la cuve 21 munie de son agitateur 22, puis amenée par la pompe doseuse 23 dans une chambre de pulvérisation 24 dans laquelle elle est pulvérisée en fines goutelettes à contre-courant de la vapeur arrivant par la conduite 25.
Le mélange réactif carbonate-vapeur est injecté sous pression contrôlée par le manomètre 26 dans la buse 27 concentrique de la conduite de cacao 4,7.
Avec le dispositif décrit ci-dessus, il est possible de n'injecter que la quantité de vapeur nécessaire pour porter la masse de cacao à la température voulue par condensation par le produit de la totalité de la vapeur injectée. La masse fluide chauffée présente une grande homogénéité à la sortie de l'injecteur. Cela permet de garantir une utilisation optimale de la vapeur et des conditions de réaction remarquablement stables. Revenant à la fig. 1, la conduite d'attente 7 est reliée, par la vanne de contre-pression 9, à la chambre de détente constituée par le dispositif de séchage 10. On utilisera de préférence une pression de la vapeur avant la buse suffisamment élevée pour bénéficier entièrement des avantages du dispositif injecteur. En effet, la loi de l'écoulement critique veut que, pour une buse du présent type, la vitesse de la vapeur à la sortie de la buse atteigne et ne dépasse plus une valeur limite, qui est celle de la vitesse du son dans la vapeur, dès le moment où la pression à l'entrée de la buse dépasse environ le double de la pression à la sortie de la buse. La pression régnant dans la conduite d'attente 7 sera maintenue de préférence à une valeur légèrement supérieure à la pression de vapeur saturée de l'eau à la température de réaction choisie. La pression de vapeur à l'entrée de la buse devra donc être nettement supérieure au double de la pression régnant dans la conduite d'attente, de manière que la différence entre la pression à la sortie de la buse et la pression dans la conduite d'attente ne puisse pratiquement pas être comblée par des fluctuations accidentelles de la pression dans la conduite d'attente. De cette façon, ces fluctuations ne peuvent pas se répercuter en amont de la buse, et le débit et la température de vapeur injectée restent constants. La pression à laquelle on injectera le cacao par la conduite 4 pourra être choisie dans la fourchette définie par la pression dans la conduite d'attente 7 et la pression à la sortie de la buse.
Etant donné que l'on travaille en régime critique, le débit de vapeur par millimètre carré de section du canal de sortie de la buse est connu dès que l'on a fixé la valeur de la pression de la vapeur à l'entrée de la buse. Sachant à quelle température et à quel débit on introduit le cacao et à quelle température on désire le porter pour effectuer la réaction, on peut calculer la quantité exacte de vapeur nécessaire, et donc le diamètre de la buse qu'il faut utiliser. On travaille donc sans excès de vapeur et dans des conditions constantes . Cela constitue un avantage déterminant du procédé, car on peut ainsi effectuer la réaction dans des conditions idéales, le mélange étant parfaitement homogénéisé et la réaction s'effectuant en régime continu à température et pression constantes, la durée de réaction étant déterminée par la longueur du tube d'attente.
De plus, une faible quantité d'eau étant introduite dans la masse, cela constitue un gain énergétique considérable, puisque la réaction s'effectue plus rapidement et qu'il n'y a pas d'excès d'eau qu'il faudrait évaporer au séchage, comme c'est le cas dans le procédé classique. Ainsi l'humidité, étant environ de 8-12% dans le tube de réaction, tombe à environ 5-8% lors de la détente, et il ne reste à éliminer qu'environ 4-6% au séchage.
La fig. 3 est une vue schématique en coupe et élévation partielle du dispositif de séchage. Sur la figure, le mélange après réaction arrive par la conduite 14 dans laquelle il subit une détente et tombe dans la cuve par l'ouverture 31. La cuve 11 est munie de doubles manteaux 32 maintenant des zones de températures (partie en élévation). Plusieurs arbres 12 munis de pales 33 permettent un malaxage de la masse. La forme de la cuve ainsi que la disposition des arbres et des pales sont telles que le cacao arrivant en 31 chemine dans l'ap5
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pareil pendant la durée de l'opération de séchage pour se déverser via la trappe amovible 34 dans la conduite 16. Durant l'opération, la vapeur d'eau s'échappant de la masse est extraite par la cheminée 15 munie du ventilateur 35. La cuve est munie d'un couvercle étanche 36 et peut être branchée au vide par la cheminée 15 lorsqu'on désire travailler à une pression subatmosphérique.
L'exemple ci-dessous illustre, à titre indicatif, comment l'invention peut être mise en œuvre. Dans celui-ci, tous les pourcentages et parties sont en poids sauf indication contraire.
Exemple
800 kg/h de grué torréfié sont pompés de la cuve 1 dans la conduite 4. Une solution de carbonate de potassium à 50% est préparée dans la cuve 21 et pompée par la pompe doseuse 23 dans la chambre de pulvérisation 24 à raison de 300 ml/min. La vapeur saturée sèche est introduite par la conduite 25 et le mélange réactif injecté sous 8,5 atm par la buse 27 dans la conduite 7. Dans cette conduite 7 s'effectue la réaction à 130°C sous 3-5 atm pendant environ 50 s. La s masse est détendue brusquement à pression atmosphérique et se déverse dans le dispositif de séchage 10. Sa température tombe alors à environ 100-110°C et sa teneur en eau à 6-7%. L'appareil de séchage se remplit, la trappe 34 étant amenée à une hauteur prédéterminée par le débit désiré. La masse chemine dans l'appareil io pendant environ 1 lA h. Lorsque l'appareil est rempli, le régime sta-tionnaire est atteint et la liqueur solubilisée dont la teneur en eau en fin d'opération est 1-1,5% s'écoule à environ 130°C par la conduite 11 vers les broyeurs (non représentés) pour produire la pure pâte fine destinée au pressage.
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Claims (14)

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1. Procédé de solubilisation du cacao, caractérisé en ce qu'on injecte en continu dans la masse de cacao de la vapeur et une solution concentrée d'un carbonate alcalin séparément ou en mélange sous pression dans un tube, qu'on laisse réagir le carbonate avec la masse de cacao sous pression dans le tube, à au moins 120°C, qu'on soumet le mélange à une détente brusque et qu'on le sèche sous agitation jusqu'à obtenir en fin d'opération une liqueur solubilisée séchée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on traite le grué vert, préséché ou torréfié et moulu, la pure pâte après broyage fin, un mélange de mélasse et de grué ou de pure pâte ou des tourteaux après débeurrage.
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REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on traite le grué torréfié et moulu.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prépare Je mélange de vapeur et de carbonate, de préférence carbonate de potassium, à contre-courant d'un flux de vapeur saturante.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport pondéral du carbonate et du cacao est de 20-25%>, et que le rapport pondéral du mélange carbonate-vapeur et du cacao est de 6-15%, les quantités respectives étant ajustées de façon à obtenir un pH final du produit de 6,8 à 7,5.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cacao est mis en circulation dans un tube à 45-70° C et qu'on injecte dans ce tube un mélange de carbonate et de vapeur à la pression de 8 à 12 atm.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction se déroule dans le tube pendant 30 à 80 s, le tube étant maintenu à une pression de 1 à 6 atm et de préférence de 3-5 atm et une température supérieure à 120°C et de préférence d'environ 130°C.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange est soumis à une détente à pression atmosphérique ou subatmosphérique, sa température tombant à 100-110° C, et sa teneur en eau à 6-7%.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange après détente est séché pendant 1 à 1 Vi h jusqu'à une teneur en eau de 1-1,5%.
10. Installation de solubilisation en continu du cacao pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de préparation d'une dispersion de solution concentrée de carbonate alcalin dans la vapeur, un tube d'amenée de la masse de cacao, un dispositif injecteur du mélange carbonate-vapeur en aval du tube d'amenée, un tube d'attente ou de réaction muni de moyens de maintien d'une contre-pression constante et un dispositif de séchage muni de moyens de détente, de moyens d'agitation, de moyens d'évacuation de la vapeur et de moyens de décharge en continu de la liqueur solubilisée.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le mélange carbonate-vapeur est injecté dans le tube de réaction par une buse concentrique de ce tube.
12. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens de maintien d'une contre-pression constante dans le tube de réaction comprennent une vanne de contre-pression asservie à un manomètre en amont de celle-ci.
13. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le dispositif de séchage comprend une cuve munie de doubles manteaux et de plusieurs arbres munis de pales, la forme de la cuve et la disposition des arbres et des pales étant telles que, en régime station-naire, le cacao chemine dans l'appareil pendant la durée du séchage.
14. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le cacao solubilisé et séché est déchargé en continu par une trappe amovible dont la position est réglable en fonction du temps de séchage désiré.
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