EP0227770A1 - Procede de traitement des extraits aqueux de soja - Google Patents

Procede de traitement des extraits aqueux de soja

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EP0227770A1
EP0227770A1 EP86904207A EP86904207A EP0227770A1 EP 0227770 A1 EP0227770 A1 EP 0227770A1 EP 86904207 A EP86904207 A EP 86904207A EP 86904207 A EP86904207 A EP 86904207A EP 0227770 A1 EP0227770 A1 EP 0227770A1
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EP
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filtration
coagulation
carried out
dry matter
concentrate
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EP86904207A
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German (de)
English (en)
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Blas Tarodo De La Fuente
Michel Bennasar
Jean De Preneuf
Bernard Storup
Béatrice Relais St Germain SORIANO
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SOY Ste
Original Assignee
SOY Ste
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23C—DAIRY PRODUCTS, e.g. MILK, BUTTER OR CHEESE; MILK OR CHEESE SUBSTITUTES; MAKING THEREOF
    • A23C11/00—Milk substitutes, e.g. coffee whitener compositions
    • A23C11/02—Milk substitutes, e.g. coffee whitener compositions containing at least one non-milk component as source of fats or proteins
    • A23C11/10—Milk substitutes, e.g. coffee whitener compositions containing at least one non-milk component as source of fats or proteins containing or not lactose but no other milk components as source of fats, carbohydrates or proteins
    • A23C11/103—Milk substitutes, e.g. coffee whitener compositions containing at least one non-milk component as source of fats or proteins containing or not lactose but no other milk components as source of fats, carbohydrates or proteins containing only proteins from pulses, oilseeds or nuts, e.g. nut milk
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L11/00—Pulses, i.e. fruits of leguminous plants, for production of food; Products from legumes; Preparation or treatment thereof
    • A23L11/40—Pulse curds
    • A23L11/45—Soy bean curds, e.g. tofu
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L11/00—Pulses, i.e. fruits of leguminous plants, for production of food; Products from legumes; Preparation or treatment thereof
    • A23L11/60—Drinks from legumes, e.g. lupine drinks
    • A23L11/65—Soy drinks

Definitions

  • the present invention relates to a process for treating an aqueous extract of soya in order to separate it into a concentrate with a high dry matter content and a diluted liquid.
  • a treatment is carried out which first comprises a fine grinding of the seeds. This grinding can be done in the presence of water or dry. In the latter case, the ground material is then mixed with water. Whatever the mode of grinding, an aqueous suspension is thus obtained, which is sometimes qualified as "soy milk" but which has little in common with milk if not the appearance.
  • This suspension is subjected to coarse filtration to remove fibrous residues and other particles larger than about 100 micrometers.
  • the filtrate can be heated for a short time to a temperature above 100 ° C to obtain a more digestible product.
  • a second membrane filtration must then be carried out to separate a concentrate containing the major part of the proteins and lipids from an aqueous filtrate.
  • the product obtained can be used as for food, but it still contains a significant amount of water.
  • the treatment then includes coagulation of the concentrate carried out at a temperature between 60 and 100 ° C in the presence of a coagulating agent.
  • This coagulation is followed by separation by decantation of a "curd” and a "serum", which can be added to the previously obtained filtrate; the curd is finished pressed and then packaged.
  • membranes based on porous tubes organized in bundles, the theoretical pore diameter of which varies between 0.1 and 2.0 ⁇ m.
  • Devices comprising such membranes can allow ultrafiltration of certain food products.
  • they are not suitable for soy milks or curds, since neither the design of the membranes nor their assembly allow concentrates with a high dry matter content, in particular greater than about 20%, to be obtained.
  • the bodies used for the tangential filtration of food products consist of organic membranes, of the hollow fiber type for example, but it has been found that filters of this type are not suitable for treatment. soy extracts. In fact, they cannot resist strong pressures and their yield drops rapidly; they can only be used at temperatures close to room temperature, finally they are difficult to clean and practically they cannot be sterilized.
  • the aim of the present invention is to solve this problem and to provide a process for treating aqueous soy extracts, making it possible to obtain a product rich in proteins and non-denatured lipids, with a low water content and water-soluble products, which consists of a tangential filtration under given conditions of temperature and pressure on a particular porous body, operation which can be preceded by coagulation which improves the yield.
  • the present invention therefore relates to a process for the treatment of an aqueous extract of soya containing 3 to 15% of dry matter, in order to separate it into a concentrate, containing more than 20% of dry matter, and into a diluted liquid, containing less than 2% dry matter, this process comprising filtration through a porous body and being characterized in that said filtration is carried out through a tangential flow filter constituted by at least one porous block of mineral material having a diameter of pores larger than 0.05 ⁇ m.
  • a porous body made of mineral material with a pore diameter greater than 0.05 ⁇ m is preferably used for filtration, preferably from 0.05 to 1 ⁇ m, for example from 0.08 to 0.8 ⁇ m. .
  • the mineral material consists essentially of metal oxides, advantageously alumina, zirconia or alumina-zirconia.
  • metal oxides advantageously alumina, zirconia or alumina-zirconia.
  • Such porous bodies are currently commercially available, in particular in the form of cylindrical blocks pierced with channels. These blocks are formed from a coarse (for example) mass of alumina which serves as a support for the filtering material of well defined pore diameters, which constitutes the internal coating of the surface of the channels.
  • Such blocks are very resistant to overpressure in the tubes, and they are easily sterilizable by chemical and / or physical means (vapor).
  • a coagulation is carried out by heating the extract, freed from coarse debris, between 35 and 100 ° C for about 20 minutes before operating the tangential filtration; this coagulation is carried out in a conventional manner, in the presence of a coagulating agent, such as delta-gluconolactone, calcium and magnesium chlorides, citric and lactic acids, or enzymes; calcium chloride is preferred because of its low price and efficiency.
  • a coagulating agent such as delta-gluconolactone, calcium and magnesium chlorides, citric and lactic acids, or enzymes; calcium chloride is preferred because of its low price and efficiency.
  • the coagulation temperature depends on the agent chosen.
  • the filtration It is preferable to operate the filtration at a temperature between 60 and 100 ° C.
  • the viscosity of the suspension is then reduced and the yield is improved.
  • the two operations can be combined by operating the filtration without prior cooling, after coagulation, which provides energy savings and above all avoids poorly controllable aging of the coagulated suspension before filtration.
  • filtration will be carried out at a minimum pressure of about 1.5 bar and will be increased to 3.5 bar to 5 bar at the end of the operation, taking into account pressure losses in the porous body.
  • the final product is intended for food, it is advantageous for it to be sterilized, in particular to allow prolonged storage.
  • This sterilization can be done, in a conventional manner, at the end of treatment.
  • the method according to the invention allows the use of another sterilization method; the soy milk is sterilized on the one hand before filtration by heating in a conventional manner, and on the other hand the apparatus and the porous body.
  • the process according to the invention is carried out on an aqueous extract having a concentration of 30 to 150 g / l of dry matter.
  • the aqueous soy extract comes from the grinding of seeds previously re-moistened by soaking in water for about 12 hours, grinding followed by coarse filtration. 7 liters of water were used per kg of dry seeds.
  • This aqueous extract had the following characteristics; total dry matter (MST): 7.3 g / 100g total nitrogenous matter (MAT): 3.7 g / 100g.
  • MST total dry matter
  • MAT total nitrogenous matter
  • the product is sent into the circuit by the supply pump 10, then circulates in a semi-closed loop thanks to a circulation pump 2. It then passes inside 2 or 4 filtration modules 3, arranged in series and / or in parallel, and, each equipped with several membranes in. ceramic as described below.
  • a flow meter 7, two manometers 5 and 6 and a thermometer 8 allow precise control of the conditions of tangential speed, transmembrane pressure and temperature.
  • 9 represents a refrigeration-heating group allowing the temperature to be maintained at the desired value.
  • the membranes consist of porous alumina blocks pierced with 3.8 mm diameter channels, internally lined with a dia filtering skin. 0.20 ⁇ m average pore meter. They are marketed by CERAVER (65 TARBES, France). Their length is 850 mm.
  • the exchange surface is around 1.4 m 2 per module, or 5.6 m 2 for the entire installation.
  • FCV volume concentration factor
  • the concentrate was then subjected to coagulation by adding a CaCl 2 solution at a dose of 1.1% (W / W) relative to the total dry matter of the extract. No separation of the curd and serum phases was observed.
  • the milk was subjected to coagulation before filtration, according to the following method: - addition of a CaCl 2 solution (85 g / l) at a dose of 3.5% relative to the material total dry of the extract.

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Abstract

Un procédé d'obtention d'extraits de soja concentrés en lipides et protéines; on fait passer un extrait aqueux de soja, soit avant, soit de préférence après traitement coagulant, dans un filtre à flux tangentiel, d'un diamètre de pores supérieur à 0.05 mum. Le filtre est constitué d'oxyde métallique comme l'alumine.

Description

"Procédé de traitement des extraits aqueux de soja"
La présente invention est relative à un procédé de traitement d'un extrait aqueux de soja afin de le séparer en un concentré à forte teneur en matière sèche et un liquide dilué. Pour obtenir les protéines et les lipides contenus dans les graines de soja en vue de l'alimentation humaine ou animale, on procède à un traitement qui comprend d'abord un broyage fin des graines. Ce broyage peut être fait en présence d'eau ou à sec. Dans ce dernier cas, la matière broyée est ensuite mélangée avec de l'eau. On obtient ainsi, quel que soit le mode de broyage, une suspension aqueuse, qui est parfois qualifiée de "lait de soja" mais qui n'a guère de points communs avec le lait sinon l'apparence. Cette suspension est soumise à une filtration grossière pour enlever les résidus fibreux et les autres particules de dimension supérieure à 100 micromètres environ. Le filtrat peut être chauffé un court moment à une température supérieure à 100°C pour obtenir un produit plus digeste.
On doit effectuer ensuite, une seconde filtration sur membrane pour séparer un concentré contenant la majeure partie des protéines et lipides d'un filtrat aqueux. Le produit obtenu peut être utilisé tel que pour l'alimentation, mais il contient encore une quantité non négligeable d'eau.
Habituellement, le traitement comprend ensuite une coagulation du concentré effectuée à une température comprise entre 60 et 100ºC en présence d'un agent coagulant. Cette coagulation est suivie d'une séparation par décantation d'un "caillé" et d'un "sérum", qui peut être joint au filtrat précédemment obtenu; le caillé est fina lement pressé puis conditionné.
L'article de J.T. LAWHON et al. dans Journal of Food Science, vol. 46, N° 1981 pages 912-919 décrit l'extraction à l'eau de protéines de soja, qui fournit un produit ("lait de soja") lequel est soumis à une ultrafiltration sur des membranes organiques ayant un seuil de coupure de 10.000 à 18.000, ce qui correspond à un diamètre moyen de pores de 0,01 μ m ou 0,02 μ m. De telles membranes ne conviennent pas bien pour un traitement industriel du lait de soja, encore moins pour l'ultrafiltration du produit obtenu par coagulation du lait de soja, et dénommé "caillé".
On connaît déjà (voir brevet FR-A-2228518) des membranes à base de tubes poreux, organisés en faisceaux, dont le diamètre théorique de pores varie entre 0,1 et 2,0 μm . Les dispositifs comprenant de telles membranes peuvent permettre l'ultrafiltration de certains produits alimentaires. Toutefois, ils ne conviennent pas pour les laits ou caillés de soja, car ni la conception des membranes ni leur montage ne permettent d'obtenir des concentrés à teneur élevée en matière sèche, en particulier supérieure à 20% environ.
On a constaté, de façon inattendue, qu'on pouvait améliorer de façon importante le rendement du procédé si la filtration était faite à l'aide de filtres minéraux ayant des caractéristiques déterminées. En outre, ce nouveau procédé de filtration permet une modification avantageuse du procédé usuel; il n'est plus nécessaire de concentrer l'extrait aqueux par filtration avant la coagulation, ce que la technique antérieure imposait compte-tenu du colmatage très rapide des modules d'ultrafiltration par l'extrait coagulé.
De façon classique, les corps utilisés pour la filtration tangentielle de produits alimentaires, comme le lait, sont constitués par des membranes organiques, du type à fibres creuses par exemple, mais on a constaté que les filtres de ce type ne conviennent pas pour le traitement d'extraits de soja. En effet, ils ne peuvent résister à de fortes pressions et leur rendement baisse rapidement; ils ne peuvent être utilisés qu'à des températures voisines de la température ambiante, enfin ils sont d'un nettoyage difficile et pratiquement ils ne peuvent être stérilisés.
La présente invention a pour but de résoudre ce problème et de fournir un procédé de traitement des extraits aqueux de soja, permettant d'obtenir un produit riche en protéines et lipides non dénaturés, à faible teneur en eau et produits hydrosolubles, qui consiste en une filtration tangentielle dans des conditions données de température et de pression sur un corps poreux particulier, opération pouvant être précédée par une coagulation ce qui améliore le rendement.
La présente invention a donc pour objet un procédé de traitement d'un extrait aqueux de soja contenant 3 à 15% de matière sèche, afin de le séparer en un concentré, contenant plus de 20% de matière sèche, et en un liquide dilué, contenant moins de 2% de matière sèche, ce procédé comprenant une filtration à travers un corps poreux et étant caractérisé en ce que ladite filtration est réalisée à travers un filtre à flux tangentiel constitué par au moins un bloc poreux en matière minérale ayant un diamètre de pores supérieur à 0,05 μ m. On utilise selon l'invention, pour la filtration un corps poreux en matière minérale, de diamètre de pores supérieur à 0,05 μ m de préférence de 0,05 à 1 μ m, par exemple de 0,08 à 0,8 μm.
De préférence, la matière minérale est constituée essentiellement d'oxydes métalliques, avantageusement d'alumine, de zircone ou d'alumine-zircone. De tels corps poreux sont actuellement disponibles dans le commerce, notamment sous la forme de blocs cylindriques percés de canaux. Ces blocs sont formés d'une masse d'alumine (par exemple) grossière qui sert de support à la matière filtrante de diamètres de pores bien définis, qui constitue le revêtement intérieur de la surface des canaux. De tels blocs sont d'une très grande résistance aux surpressions dans les tubes, et ils sont aisément sterilisables par voie chimique et/ou physique (vapeur).
Suivant une modalité intéressante, on procède à une coagulation en chauffant l'extrait, débarrassé des débris grossiers, entre 35 et 100°C pendant 20 minutes environ avant d'opérer la filtration tangentielle; cette coagulation est faite de façon classique, en présence d'un agent coagulant, tel que la delta-gluconolactone, les chlorures de calcium et de magnésium, les acides citrique et lactique, ou des enzymes; le chlorure de calcium est préféré en raison de son prix peu élevé et de son efficacité. La température de la coagulation est fonction de l'agent choisi.
La coagulation préalable améliore nettement le rendement de filtration; dans la technique antérieure, elle était interdite du fait du colma tage rapide du filtre.
Il est préférable d'opérer la filtration à une température comprise entre 60 et 100°C. La viscosité de la suspension est alors réduite et on améliore le rendement. On peut combiner les deux opérations en opérant la filtration sans refroidissement préalable, après la coagulation, ce qui procure une économie d'énergie et surtout évite un vieillissement mal contrôlable de la suspension coagulée avant la filtration.
En outre, la filtration sera effectuée sous une pression minimale de 1,5 bar environ et sera augmentée jusqu'à 3,5 bar à 5 bar en fin d'opération, en tenant compte des pertes de charge dans le corps poreux.
Si le produit final est destiné à l 'alimentation, il est avantageux qu' il soit stérilisé, notamment pour permettre une conservation prolongée. Cette stérilisation peut être faite, de façon classique, en fin de traitement. Le procédé selon l' invention permet d'utiliser une autre méthode de stérilisation; on stérilise d'une part le lait de soja avant f iltration par chauffage de façon classique, et d'autre part l'appareillage et le corps poreux.
Pour un bon rendement, il est nécessaire que la suspension qui sera soumise à la filtration tangentielle ne soit pas trop concentrée, car alors la filtration est lente ou exige des pressions nettement élevées; comme d'autre par, il a été observé que la coagulation ne se fait pas ou se fait très lentement si la suspension est trop diluée, il est préférable de prévoir que le procédé selon l' invention soit mis en oeuvre sur un extrait aqueux ayant une concentration de 30 à 150 g/l de matière sèche.
On va maintenant donner les résultats d'exemples pratiques de traitements selon I'invention, illustrès par la figure unique qui est un schéma de l'installation.
L'extrait aqueux de soja provient du broyage de graines préalablement ré-humidifiées par trempage dans l'eau pendant 12 heures environ, broyage suivi d'une filtration grossière. On a utilisé 7 litres d'eau par kg de graines sèches.
Cet extrait aqueux avait les caractéristiques suivantes; matières sèches totales (MST) : 7,3 g/100g matières azotées totales (MAT) : 3,7 g/100g. L'extrait, sans avoir été soumis, à une coagulation, a été introduit dans le bac d'alimentation 1 de l'installation schématisée sur la figure.
Le produit est envoyé dans le circuit par la pompe d'alimentation 10, puis circule en boucle semi-fermée grâce à une pompe de circulation 2. Il passe ensuite à l'intérieur de 2 ou 4 modules de filtration 3, disposés en série et/ou en parallèle, et, équipés chacun de plusieurs membranes en. céramique telles que décrites cidessous.
Un débitmètre 7, deux manomètres 5 et 6 et un thermomètre 8 permettent le contrôle précis des conditions de vitesse tangentielle, pression transmembranaire et température. 9 représente un groupe frigorifique-calorifique permettant le maintien de la température à la valeur désirée. Les membranes sont constituées de blocs d'alumine poreuse percés de canaux de 3,8 mm de diamètre, garnis intérieurement d'une peau filtrante de dia mètre moyen de pores 0,20 μm. Elles sont commercialisées par la Société CERAVER (65 TARBES, France). Leur longueur est de 850 mm.
La surface d'échange est de l'ordre de 1,4 m2 par module, soit 5,6 m2 pour la totalité de l'installation.
Lors de ce premier essai, les conditions de filtration ont été les suivantes: fonctionnement sur 4 modules (2 séries 2 en parallèle) volume traité: 385 litres vitesse tangentielle : 5 m/s pression transmembranaire : 2,5 bar en début d'opération ensuite la pression s'élève régulièrement pour atteindre 3,6 bar avec le concentré final température 80°C.
L'évolution de la concentration est suivie par le facteur de concentration volumique FCV:
FCV -
Le FCV final, atteint lors de cet essai, a été de 4,4. Les résultats suivants ont été obtenus: initial* final** débit de filtrat
1/h.m2 85 12,5
MST,% du concentré 7 , 3 23 , 4 du filtrat 0 , 8 1 , 2 MAT,% du concentré 3 , 7 14 , 7 du filtrat 0, 35 0 , 40 Taux de rétention MAT,% 90 91 Aspect (à 75°C) liquide liquide visqueux ayant tendance à se solidifier au refroidissement
Perte de charge (bar) sur l'installation 2,9 6,2 par mo dule 1,0 2,65
* c'est-à-dire après 1 à 2 minutes de filtration ** c'est-à-dire à FCV = 4,4
Le concentré a ensuite été soumis à une coagulation par addition d'une solution de CaCl2 à la dose de 1,1% (P/P) pâr rapport à la matière sèche totale de l'extrait. On n'a pu observer aucune séparation des phases caillé et sérum.
Dans un autre essai, le lait a été soumis à la coagulation avant la filtration, selon la méthode suivante: - addition d'une solution de CaCl2 (85 g/l) à la dose de 3,5% par rapport à la matière sèche totale de l'extrait.
- repos 15 minutes à 75°C jusqu'à séparation des phases caillé et sérum. - brassage pour fluidification avant la filtration
Les conditions de la filtration ont été les suivantes: fonctionnement sur 2 modules en parallèle vitesse tangentielle : 5 m/s pression transmembranaire : 2,5 bar en début d'opération; ensuite la pression sélève régulièrement pour atteindre 3,6 bar avec le concentré final (FCV= 4,9). température: 80°C Les résultats suivants ont été obtenus: initial final débit du filtrat
1/h m2 150 80 MST, % du concentré 7,3 25,5 du filtrat 0,9 1,0 MAT,% du concentré 3,7 15,9 du filtrat 0,26 0,26 Taux de rétention MAT,% 90 90 Aspect (à 75°C) liquide liquide très pâteux se solidifiant au refroidissement

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'un extrait aqueux de soja contenant 3 à 15% de matière sèche, afin de le séparer en un concentré, contenant plus de 20% de matière sèche, et en un liquide dilué, contenant moins de 2% de matière sèche, ce procédé comprenant une filtration à travers un corps poreux et étant caractérisé en ce que ladite filtration est réalisée à travers un filtre à flux tangentiel constitué par au moins un bloc poreux en matière minérale ayant un diamètre de pores supérieur à 0,05 μm.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre minéral a un diamètre de pores allant de 0,05 à 1 μ m, par exemple de 0, 08 à 0, 8 μm.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le bloc poreux est constitué essentiellement d'alumine, de zircone ou d'un composé d'alumine-zircone.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce qu'on réalise la filtration à une température de 60 à 100°C et sous une pression de départ minimale de 1,5 bar.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on procède à une coagulation de l'extrait par traitement entre 35° et 100°C en présence d'un agent coagulant avant d'opérer la filtration.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on opère la filtration immédiatement après la coagulation.
EP86904207A 1985-07-03 1986-07-03 Procede de traitement des extraits aqueux de soja Pending EP0227770A1 (fr)

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