FR2562392A1 - Installation de production de jus clairs de vegetaux et de recuperation de constituants valorisables - Google Patents

Abstract

UNE INSTALLATION DE PRODUCTION DE JUS CLAIRS DE VEGETAUX ET DE RECUPERATION DE CONSTITUANTS VALORISABLES EST CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE LES JUS BRUTS PASSENT PAR UN ENSEMBLE D'ULTRAFILTRATIONS DANS LEQUEL CHAQUE UNITE D'ULTRAFILTRATION EST PRECEDEE PAR UN ECHANGEUR DE CHALEUR PERMETTANT DE REGLER LA TEMPERATURE DES JUS A UNE TEMPERATURE TC -6 (PH) 80C (A 3C PRES), LE PH ETANT CONTROLE EN AMONT DE L'ECHANGEUR.

Description

INSTALLATION DE PRODUCTION DE JUS CLAIRS DE VE6ETAUN ET DE
RECUPERATION DE CONSTITUANTS VALORISABLES
La présente invention a pour objet des jnstallations de traitement de végétaux et, en particulier, de fruits et légumes, d'une part pour en extraire des jus principalement alimentaires et/ou colorants et9 d'autre part, pour récupérer des matières diverses et, en particulier, des pectines. La présente invention a egalement pour objet les produits obtenus.

Dans l'art antérieur, il est connu de très longue date d'extraire le jus de fruits et de légumes et il n'est pas possible dsgn résumer l'e vol uti on. On indiquera cependant ci dessous le procédé actuellement le plus répandu et le plus récent, par exemple pour les jus de pomme.

il consiste essentiellement dans les phases suivantes:
1.- pressage séparant jus et pulpe;
2. - pasteurisation vers 80"Cg
3,- stockage avec action des enzymes de dèpectination vers 40 C
4.- refroidissement vers 15 C;
5.- collage la gelatine et a la bentonite;
6.- décantation;
7. clarification par séparateur centrifuge (les boues liquides sont
envoyées l'épuration);
8.- filtration sur Kieselguhr des jus clarifiés;
9.- filtration sur filtre-presse;
10.- pasteurisation vers 800C;
11.- concentration en évaporateur.

Une telle séquence d'opérations dure entre 28 et 36 heures en moyenne et consomme une grande quantité d'énergie notamment du fait des deux pasteurisations séparées par une série de traitements à températures nettement plus basses. De plus, on consomme, par de tels procédés, une quantité non négligeable d'adjuvants de filtration et autres.

Il était donc important de trouver un procédé plus économique et
plus rapide mais également, réduisant les quantités de déchets inutili
sables. Ceci a fait l'objet de la demande de brevet des déposants des
présentes n0 8Q 17 805
Ce procéde, du fait de la réduction considérable de la durée des
opérations, permet de travailler en continu ou non-. On peut notamment
arrêter les opérations le dimanche et les jours fériés dès lors que l'on
ne doit plus passer par un traitement en cuve nécessairement de longue duree.

De plus, dans de nombreux cas3 on cherche a sauvegarder la pigmentation originelle du végétal. Or, celle-ci est généralement en grande partie diminuée ou modifiée par les traitements thermiques, par le vieil
lissement et les traitements d'agitation qui entraînent des oxydations et des interactions qui provoquent des changements de couleurs car, gracie a sa rapidité de traitement, il diminue les risques d'oxydation, et, en conséquence, préserve couleur et qualité gustatives. On soulignera que dans de nombreux cas classiques, des réactions de Mail lard dues à la température et au vieillissement produisent des dénatura
tions d'aromes et de couleurs. Ce procédé permet également d'éviter ces graves inconvénients des procédés antérieurs.

Il consiste essentiellement en un traitement à au moins deux étages
par ultrafiltration. A ce sujet, il convient de noter que dans l'art anté
rieur, on a utilisé l'osmose inverse-et il est important de souligner les
différences entre l'ultrafiltration et l'osmose inverse.

L'ultrafiltration assure une coupure sélective des constituants
au niveau moléculaire correspondant au but recherché. Pour fixer les idees,
selon le présent procedé, on utilisera de préférence des membranes dont
le point de coupure est situé aux alentours d'une masse moléculaire de
15.000 à 25.000.

Par contre, en osmose inverse, on sépare essentiellement l'eau d'un
produit, du concentrat contenant pratiquement tous les éléments de masse
moléculaire élevee dans une masse liquide. Les membranes d'osmose inverse
sont beaucoup plus fines que celles d'ultrafiltration et la coupure est
approximativement aux alentours d'une masse moléculaire de l'ordre de 100 par exemple. Par ailleurs, l'ultrafiltration ne nécessite que des pressions
nettement inférieures à celles de l'osmose inverse. Par exemple, on travaille
en ultrafiltration aux alentours de 4 kg/om2 alors qu'en osmose inverse on travaille aux alentours de 12 kg/cm2.

Selon le procedé des déposants, a la suite d'un pressage classique, on sépare les pulpes d'un premier jus dit jus brut. On mesure alors le pH et on regle la température, puis on passe a un premier étage d'ultrafiltration qui sépare le premier jus clair d'un concentrat pectique brut. On peut diluer ce dernier si besoin est, par exemple a l'eau ou au jus clair, selon les possibilités que laisse la législation locale.On le passe à au moins un deuxième étape d'ultrafiltration séparant au moins un second jus clair riche en sucre et en arôme que l'on ajoute éventuellement au premier, et le concentrat pectique car c'est a ces etages ultérieurs d'ultrafiltration que l'on va séparer et concentrer tout ce qui est d'une masse moleculaire supérieure a 15.000 a 25.000 par exemple 20.000, c'est--dire essen tellement les protéines, les pectines, les amidons et une partie des tannins.

L'expérience montre que les jus de fruits et de légumes brunissent avec le temps notamment lors du transport et du stockage. Ceci est dû 2 des reactions du type réaction de NASILLARD, a des oxydations et a des réactions enzymatiques. Or, selon le présent procedé, on obtient des jus très clairs ne brunissant plus que faiblement du fait de l'élimination des pro téines indispensables aux réactions de MAILLARD et que les contacts avec l'air sont très limités.

Par ailleurs, selon ce procédé, on ne recourt pas, pour la clarification, a l'addition traditionnelle de gélatine dont la teneur importante en protéines solubles renforce la tendance au brunissement en présence des sucres.

De plus, selon ce procédé, on obtient des jus stériles qui n'ont pas tendance a la fermentation.

C'est ce qui permet notamment d'éviter les pasteurisations successives indispensables dans les procédés classiques car, selon le présente pro cëdé, les bactéries restent dans le retentant.

Cet avantage est encore plus important lors du traitement des jus de légumes qui ont pu être souillées de terre et être chargées de bactéries sporulées difficiles à détruire par traitements thermiques.

De plus, toujours pour les betteraves, on est oblige d'effectuer trois pasteurisations a plus de 900e qui détruisent chaque fois 10% de la puissance colorante.

Ce problème se retrouve avec d'autres fruits a coloration intense.

Ledit procédé y apporte une remarquable solution.

Un autre avantage du procédé est tout é fait remarquable lors du traitement de certains fruits: par exemple, les fraises contiennent des gélifiants naturels du type polypeptides qui sont éliminés à l'ultrafîltra- tion. Dans les procédés classiques, on est gêné par des gélifications spontanées du concentré. Le présent procédé présente des avantages analv- gues pour certains produits s'oxydant très vite notamment lorsque le traitement centrifuge augmente la surface de contact entre produits et oxygène de l'air. En éliminant la centrifugation, le présent procédé élimine les apports d'air dans le produit et donc les risques d'oxydation.

La présente invention a pour objet des installations mettant essentiellement en oeuvre ledit procédé. En fait, il est évident que compte tenu des variations importantes intervenant dans une exploitation notamment lorsqu'on passe d'un jus de fruit ou de légume à celui dun autre fruit ou legume, lorsqu'on passe d'une variéte de fruits ou de légumes a une autre, d'une origine à une autre, d'une récolte å une autre on se trouve confronté a des problèmes constants d'adaptation aux matières premières et aux autres circonstances pouvant intervenir comme la température ambiante, par exemple.

Les installations conformes à la présente invention comprennent donc au moins deux ensembles d'ultrafiltration éventuellement eux-mêmes divisibles, les divers ensembles ou ensembles élémentaires pouvant être connectés en tout ou partie en serie et/ou en parallèle, chaque etage ainsi constitué étant associé a un échangeur de température et à un ou plusieurs circuits de recyclage éventuels des rétentats.

On omettra, dans la description qui va suivre, les dispositifs de lavage, rinçage et nettoyage qui peuvent être de tout type classique.

Pour mieux faire comprendre les caractéristiques de la présente invention, on va en décrire un -exemple de realisation et diverses variantes, étant bien entendu qu'ils ne sont pas limitatifs quant à leur mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire.

On se référera à la figure unique qui représente schématiquement un exemple de réalisation d'installation conforme a la.présente invention.

Cette installation est constituee essentiellement autour de deux enceintes d'ultrafiltration U1 et U2, cette dernière pouvant par exemple être divisée en deux éléments U2 U2' dans des variantes qui seront décrites ci-apres.

Chaque enceinte est associee à un échangeur de chaleur respectivement El et E2 (et E2' dans le cas de la variante).

Selon l'exemple type d'application du procédé mentionne ci-dessus, les jus bruts sont amenés en A dans le réservoir JR et envoyés à l'ultrafiltration par la pompe d'alimentation PPA.

La vanne VA2 d'alimentation de l'enceinte U2, U2' étant fermée, le jus brut arrive en J1 a l'échangeur El pour être porté a la température optimale d'ultrafiltration. De preference, on se référera a la formule définie par les déposants dans la demande de brevet citée plus haut qui détermine une marge de température en fonction du pH mesuré a l'entrée (ici en J1) à savoir T C = -6(pH) + 80 C ( + 3 C pres).

Ainsi, on peut dresser le tableau suivant:

<tb> <SEP> pH <SEP> 3 <SEP> 3,5 <SEP> 4 <SEP> 4,5
<tb> T C <SEP> moyenne <SEP> 62 C <SEP> 59 C <SEP> 56 C <SEP> 53 C <SEP>
<tb> T C <SEP> fourchette <SEP> 59 <SEP> à <SEP> 650C <SEP> 56 <SEP> a <SEP> 62 C <SEP> 53 <SEP> à <SEP> 59 C <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 56 C <SEP>
<tb>
La pompe PP1 amène le jus brut J1 a l'enceinte Ul d'ultrafiltration.

Le perméat sort en P et est collecté en P tandis que le rétentat sort en
R1. La vanne VR1 permet éventuellement le recyclage total ou partiel a l'entrée de l'échangeur et donc le mélange avec le jus brut J1. La vanne VP12 permet l'envoi a la seconde enceinte d'ultrafiltration. La vanne d'ex- traction VE1 permet l'envoi du perméat au stockage final des retentats R.

Selon le procédé preféré en fonctionnement normal VR1 et VE1 sont fermes. Le rétentat R1 vient donc en J2 à l'entrée de l'échangeur E2.

Toujours selon le procédé préféré, VA2, VA2' et VR2 sont fermées, de sorte que tout le rétentat R1 passe en E2, via J2, et atteint l'enceinte U2, via la pompe PP2.

Si l'enceinte U2 - U2' n'est pas séparée en deux zônes élementaires
U2 et U2', le perméat P2 +.P2' est recueilli en P avec le permet P1 et le rétentat R2 + R2' avec R via les vannes VE2 et VE2' (VR2, VR22' et VR2' etant fermees). Si on ouvre VR2, tout ou partie du rétentat peut être me- langé a J2 et recyclé en E2. Si l'enceinte U2 - U2' est divisee en deux zones, elles peuvent fonctionner séparément et selon deux variantes: l'une en parallèle, l'autre en série.

Dans le montage U2 - U2' en parallèle, l'ensemble J2, E2, PP2, U2,
R2, VR2, VE2, fonctionne comme Jl, E1, PP1, Ul, R1, VR1, VE1 décrit cidessus et, VA2' étant ouverte, J2', E2'; PP2', U2', R2' VR2', VE2' fonctionnent de même.

L'alimentation se fait alors en R1, VA2 étant fermée et VR12, VA2' ouvertes.

Mais l'on peut également dans une autre variante, ouvrir en tout ou partie VA2 et fermer en tout ou partie VRî2, ce qui permet de faire fonctionner U1 et U2 + U2' en série et/ou en parallèle. Dans tous les cas, les perméats P1, P2, P2' sont recueillis en P, les rétentats finaux R1, R2, R2' en R, via VE1, VE2 et VE2'.

On peut également, dans la seconde grande variante, utiliser U2 et
U2' en serie.

Dans ce cas, VR2 et VE2 sont fermées, VR22' ouverte, le rétentat
R2 issu de U2 se retrouve intégralement en J2' à l'entrée de l'échangeur
E2'. Si VA2' est fermée, tout R2 passera en E2', PP2' et U2' et R2 seul.

Si VA2' était, en tout ou partie, ouverte il y aurait mélange en J2' du rétentat R2 et de ce qui arrive de VA2' qui peut être soit du jus brut (VA2 ouverte), soit du rétentat R1 (VR12 ouverte), soit un mélange des deux.

Pour se résumer, l'installation telle que dessinée a la figure permet de realiser notamment les combinaisons suivantes ou les parenthèses désignent les éléments parallèles, U2 U2' désignant l'enceinte non divisée et U2 + U2' l'enceinte divisée.

U1 + U2 U2' .................... Ul en série avec U2 U2'
U1 + U2 + U2' ...................... U1, U2 et U2' en série U1 + (U2 + U2') .................... U1 en série avec U2 et U2' en
parallèle
(U1 + U2 U2') , U1 en parallèle avec U2 U2'
(U1 + U2 + U2') ......................U1, U2 et U2 en parallèle
(U1 + {U2 + U2'l) ..................... U1 en parallèle avec (U2 et U2'}
en série
Il est à noter que la mesure des températures et des pH est necessaire pour régler les échangeurs El, E2 et E2' (températures, débit des fluides) et que les analysés peuvent amener a passer d'un montage à un autre.

Il est évident qu'un jus brut très clair peut ne justifier que d'un seul étage d'ultrafiltration, dans ce cas on recourt a la mise complète en parallèle: (U1 + U2 + U2') ou (U1 + U2 U2'); dans certains cas extrêmes inversés, on peut passer a la série a trois étages U1 + U2 + U2'.

A la figure, on a représenté deux enceintes dont une divisible en deux, soit trois unites U1, U2, U2' élémentaires ayant chacune leur echangeur respectif E1, E2, E2', leur pompe respective PPi, PP29 PP2' et les conduites et vannes de recyclage interne (VR19 VR2, VR2') ou sur l'unité suivante (VR12, Vus22').

L'homme de l'art peut, sans sortir du cadre de l'invention recourir plus de deux enceintes éventuellement divisibles sans sortir du cadre des présentes.

Il faut essentiellement pouvoir régler les températures compte tenu des pH et pouvoir éventuellement recycler tout ou partie des retentas ou les envoyer à l'étage suivant, éventuellement en mélange avec les jus bruts.

Dans l'installation telle que décrite, on peut analyser les perméats a la sortie SP et les retentats à la sortie SR comme on l'a déjà souligné pour modifier eventuellement les conditions de fonctionnement, mais on peut être amene dans le cas où les conditions le permettent (du point de vue de la réglementation, par exemple), à rajouter à l'entrée d'un ou de plusieurs échangeurs de l'eau ou certains additifs de clarification (autres jus par exemple).

On notera également qu'au sortir du pressage et avant ultrafiltration, on peut envisager une fermentation prealable; on peut également ajouter des agents évitant certains colmatages qui risqueraient de baisser le rendement de façon appréciable, par exemple lorsque le fruit ou le légume est riche en amidon on ajoute de l'amylase: c'est le cas par exemple avec les premières pommes car, lorsque le fruit est plus mûr, l'amidon est converti en sucre. De même, on peut recourir à la pectinase. Amylase, pectinase ou équivalentes présentent l'avantage d'être retenues par les membranes et de pouvoir, par conséquent, être recyclées.

On notera que les membranes sont choisies compte tenu du résultat recherche, mais qu'une coupure moléculaire de l'ordre de 15.000 à 25.000 est particulierement avantageuse.

En ce qui concerne l'utilisation pratique, si l'installation fonctionne 22 heures par jour, la densité du rétentat augmente progressivement au cours de la journee et le debit baisse en conséquence d'ou les nombreuses variantes possibles et l'usage d'additifs de décomposition des grosses molécules. On récupérera, de toute façon, dans le retentat les tannins et les protéines, mais l'on peut vouloir récupérer certains constituants, par exemple dans le cas de la pomme, l'amidon et/ou la pectine. On renonce alors respectivement à l'usage de l'amylase et/ou de la pectinase.

Avec des surfaces de membrane de 150 m2 en U1 et 50 m2 en U2 U2', des pressions de l'ordre de 3 à 5 kg/cm2 et des températures de l'ordre de de 53 a 59"C pour des pH respectifs de 4,5 3,5, ou arrive a traiter 200 m3 par jour de jus bruts de pommes, ce qui donne 500 a 600 l de rétentat liquide épais mais non visqueux correspondant a une centaine de kilogrammes de matieres séchées. Ces jus clairs obtenus sont très stables dans le temps et ne présentent pas de reaction de MAILLARD appréciable, ni d'action enzymatique susceptible de modifier la coloration et l'arôme des produits.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1.- Installation de production de jus clairs de végétaux et de récupération de constituants valorisablesçcaracterisee par le fait que les jus bruts passent par un ensemble d'ultrafiltrations dans lequel chaque unité d'ultrafiltration est précédée par un échangeur de chaleur permettant de régler la température des jus à une température TOC = -6 (pH) + 800C ( + 3"C près), le pH étant contrôle en amont de l'échangeur.

2.- Installation selon la revendication 19 caractérisée par le fait que le niveau de coupure des membranes d'ultrafiltration est entre 15.000 et 25.000 en poids moléculaire.

3.- Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les unités peuvent être montées en tout ou partie en série et/ou en parallèle.

4.- Installation selon l'une des revendications 1 a 3, caracteri sée par le fait que tout ou partie des rétentats peuvent être recyclés à i 'entrée des échangeurs.

5.- Installation selon la revendication 4s caractérisée par le fait que le rétentat de chaque unit peut être recycle dans la même unité.

6.- Installation selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que le retenta de chaque unité peut être recycle dans une autre.

7.- Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que les perméats sont regroupés.

8.- installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que les jus passent préalablement dans un fermenteur.

9.- Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les jus reçoivent avant ultrafiltration des additifs de décomposition des grosses molécules.