FR2817554A1 - Produit expanse biodegradable et son procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

L'invention a pour objet un produit expansé biodégradable, non alimentaire, notamment un produit de calage, à base d'une matière végétale, caractérisé en ce que la matière végétale est de la farine et/ ou de l'amidon qui ne sont pas chimiquement modifiés et en ce que ledit produit ne comprend pas d'agent expansant. L'invention a aussi pour objet un procédé de préparation un produit expansé biodégradable, non alimentaire, notamment un produit de calage, à base d'une matière végétale.

Description

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PRODUIT EXPANSÉ BIODÉGRADABLE ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION.
La présente invention concerne un nouveau produit expansé biodégradable, notamment un produit de calage destiné à l'emballage, à base de farine et/ou d'amidon issu (s) d'une matière végétale, céréalière et/ou non céréalière. L'invention concerne également le procédé de fabrication dudit produit expansé et un dispositif pour sa mise en oeuvre.
Le produit expansé biodégradable selon l'invention trouve son application dans le domaine non alimentaire et notamment dans le domaine de l'emballage comme produit de calage.
De nombreux produits de calage sont utilisés par exemple pour maintenir et protéger des objets dans des caisses. Ces produits se présentent notamment sous la forme de rondelles, de chips ou de petits cylindres, en forme de S ou de huit. Généralement, ce type de produits est réalisé en polystyrène expansé, c'est à dire en un matériau non biodégradable ce qui présente des inconvénients majeurs pour l'environnement. En effet, ces produits induisent une pollution visuelle non négligeable puisque le polystyrène expansé n'est pas du tout assimilé par l'environnement et ce polystyrène expansé est issu de la pétrochimie donc d'une énergie non renouvelable.
Il a été proposé dans l'art antérieur des procédés de fabrication de produits de calage biodégradables contenant des matières végétales qui tentent de pallier ces inconvénients.
On peut citer le brevet US No. 5 153 037 qui décrit un produit expansé biodégradable élaboré à partir d'une farine modifiée contenant au moins 40% en poids d'amylose et au moins 2% en poids d'un sel inorganique soluble dans l'eau. Cette farine est modifiée par l'ajout
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de 10% d'oxyde de propylène et de 2% d'un sel métallique. Le mélange est extrudé à une température comprise entre 1500 et 2600C et présente un taux d'humidité totale de 21%.
Les farines utilisées dans ce procédé nécessitent une transformation par exemple par estérification, éthérification, oxydation ou hydrolyse acide et, en plus, l'incorporation de sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux.
On connaît également de la demande de brevet européen No. 436 689, un procédé d'élaboration d'un matériau expansé biodégradable obtenu à partir du mélange entre un polymère de synthèse et un matériau comprenant de l'amidon. Ce mélange s'effectue dans des proportions variant de 1/9 à 9/1, auquel est également rajouté un agent expansant, comme par exemple un bicarbonate de sodium, et un plastifiant, respectivement dans les proportions de 8% et 30%. Le produit obtenu présente une structure à pores fermés et une masse volumique comprise entre 0,1 et 0,3 g/cm3.
Le brevet US No. 5 208 267 décrit encore un procédé d'élaboration d'un matériau expansé biodégradable à base d'amidon. L'amidon est extrudé en présence de polyéthylène glycol et d'un agent de nucléation comme la silice dont le rôle est de favoriser l'apparition des pores d'amidon qui vont se créer autour des grains de silice, facilitant ainsi l'expansion.
Ces différents procédés nécessitent tous la modification chimique de la matière première végétale et/ou l'ajout d'agents expansant.
L'invention offre maintenant un nouveau produit expansé biodégradable ne comprenant pas d'agent expansant et son procédé de fabrication réalisé en continu sans addition d'agents expansant et sans aucune modification chimique de la farine et/ou de l'amidon utilisé (s).
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L'invention a donc pour objet un produit expansé biodégradable, non alimentaire, notamment un produit de calage, à base d'une matière végétale, caractérisé en ce que la matière végétale est de la farine et/ou de l'amidon qui ne sont pas chimiquement modifiés et en ce que ledit produit ne comprend pas d'agent expansant.
On entend par produit expansé biodégradable à base d'une matière végétale, un produit dont la teneur en poids de matières premières végétales (farine et/ou amidon) est supérieure à 70%.
On entend plus particulièrement par modification chimique d'une farine ou d'amidon, l'addition d'une ou plusieurs molécules provoquant une réaction chimique qui modifie les groupements fonctionnels des composés constitutifs de ladite farine ou dudit amidon, telle que l'estérification, l'éthérification, l'oxydation, etc. Ainsi, le traitement thermique de la farine ou de l'amidon ne constitue pas une modification chimique au sens de la présente invention. Il est donc possible d'utiliser une farine et/ou un amidon prégélatinisé (s).
De plus, il est possible de changer les teneurs des différents constituants de la farine ou de l'amidon, sans qu'il y ait modification chimique, par différentes techniques. On peut citer par exemple le séchage qui permet de réduire l'humidité ou la turbo-séparation qui permet de séparer une farine en deux fractions granulométriquement différentes (les grosses particules plus riches en amidon, les petites particules, plus riches en protéines).
Le produit expansé biodégradable selon l'invention peut comprend un ou plusieurs additifs. La teneur en ce (s) additif (s) peut varier d'environ 0% à environ 25%. Avantageusement, elle est comprise entre environ 0,1% et environ 5%, et plus particulièrement entre environ 0, 5% et 2%.
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Les additifs sont choisis notamment parmi les éléments suivants ou parmi une combinaison de deux ou plusieurs de ces éléments : glycérol ou autres plastifiants, huiles, tensio-actifs, pigments naturels, colorants, bactéricides, produits répulsifs contre les animaux, acides, bases.
Le produit expansé biodégradable de l'invention présente une masse volumique inférieure ou égale à 30 g/1 de préférence inférieure à 20 g/1, avantageusement comprise entre environ 5 g/1 et environ 19 g/l et plus particulièrement comprise entre environ 9 g/1 et environ 15 g/1.
Le produit expansé biodégradable de l'invention présente une résilience supérieure à 50%, de préférence supérieure à 70%, avantageusement supérieure à 80% et plus particulièrement de l'ordre de 85%.
La teneur en poids d'eau du produit expansé biodégradable de l'invention peut varier d'environ 5% à environ 30%. Avantageusement, elle est comprise entre environ 6% et environ 15%, et plus particulièrement entre environ 7% et environ 12%.
Un produit expansé biodégradable de l'invention est par exemple constitué : - d'une matière amylacée céréalière et/ou non céréalière, - d'eau, et - éventuellement d'un ou plusieurs additif (s) sans propriété expansante.
On entend par matière amylacée, la matière végétale sèche résultant de la transformation, de la farine et/ou de l'amidon. On réservera ce terme de matière amylacée, céréalière ou non, pour définir la composition du
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produit expansé biodégradable de l'invention obtenu à l'issu du procédé de fabrication décrit ci-après.
La teneur en poids de matière amylacée du produit expansé biodégradable de l'invention peut varier d'environ 70% à environ 95%. Avantageusement, elle est comprise entre environ 85% et environ 94%, et plus particulièrement entre environ 88% et environ 93%.
Les farines, amidons ou mélanges de ceux-ci entrant dans la composition du produit de l'invention peuvent être d'origine céréalière et/ou non céréalière.
Il peut s'agir de céréales ou d'un mélange de céréales choisis dans le groupe comprenant : riz, mil, millet, sarrasin, seigle, avoine, épeautre, orge, et de façon avantageuse, blé ou maïs.
Il peut aussi s'agir de farine et/ou d'amidon d'origine non céréalière comme par exemple de pomme de terre, de lupin, de manioc, de soja, de pois, de quinoa, ou d'un mélange d'un ou plusieurs de ces végétaux.
Un farine employée dans le cadre du produit expansé selon l'invention est avantageusement issue d'une matière végétale céréalière (une céréale ou un mélange de céréales) dont la composition, en fonction des différents ingrédients de base, est la suivante (pourcentages pondéraux) : - teneur en eau inférieure à 20%, - teneur en composés carbohydratés inférieure à 85%, dont la teneur en amidon est inférieure à 80%, - teneur en protéines inférieure à 30%, - teneur en acides gras inférieure à 10%, - teneur en minéraux inférieure à 5%, - teneur en fibres inférieure à 20%.
On entend ainsi par farine , toute farine et/ou semoule dont les compositions sont celles définies
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précédemment ; farine et semoule se distinguant par leur granulométrie.
Par composés carbohydratés, protéines, acides gras, minéraux et fibres, on entend les multiples produits et molécules décrits de manière classique par de nombreux auteurs de référence dans le domaine des compositions de matières céréalières. Citons par exemple :"La composition
Figure img00060001

des aliments. Tableaux des valeurs nutritives"Souci/Fachmann/Kraut-5 Edition-CRC Press.
A titre d'exemple, une farine ou semoule céréalière, présentant les caractéristiques mentionnées dans le tableau 1 ci-dessous, peut être utilisée dans un produit expansé biodégradable conforme à l'invention.
Tableau 1
Figure img00060002
<tb>
<tb> Farine <SEP> Farine <SEP> Semoule <SEP> Semoule
<tb> de <SEP> mais <SEP> de <SEP> maïs <SEP> de <SEP> maïs <SEP> de <SEP> maïs
<tb> Type <SEP> A <SEP> Type <SEP> B <SEP> Type <SEP> C <SEP> Type <SEP> D
<tb> Taille <SEP> Moyenne <SEP> ou <SEP> D50 <SEP> 187 <SEP> 500 <SEP> 638 <SEP> 1005
<tb> (um)
<tb> Humidité <SEP> (%) <SEP> 14,27 <SEP> 14,78 <SEP> 12, <SEP> 94 <SEP> 14,08
<tb> Amidon <SEP> (%) <SEP> 78, <SEP> 08 <SEP> 75,46 <SEP> 78,57 <SEP> 74, <SEP> 57
<tb> Matières <SEP> grasses <SEP> (%) <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 0,73 <SEP> 0,83 <SEP> 1, <SEP> 00
<tb> Protéines <SEP> (%) <SEP> 7,45 <SEP> 8,73 <SEP> 9,30 <SEP> 9,93
<tb> Taux <SEP> de <SEP> cendres <SEP> (%) <SEP> 0,50 <SEP> 0,30 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 0,42
<tb>
En ce qui concerne l'amidon, il peut être issu de matières végétales céréalières ou de matières végétales non céréalières comme définies précédemment.
On peut rappeler que l'amidon est constitué d'un mélange de deux polymères du glucose : l'amylose et l'amylopectine. Le ratio entre ces deux molécules est différent selon leur origine végétale, notamment selon les céréales et les variétés comme le montre le tableau 2 cidessous pour le blé et le maïs natifs et deux types de variété de maïs.
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Figure img00070001

Tableau 2
Figure img00070002
<tb>
<tb> Blé <SEP> Maïs <SEP> Maïs <SEP> Maïs <SEP> type
<tb> natif <SEP> natif <SEP> type <SEP> Waxy <SEP> high <SEP> amylose
<tb> % <SEP> d'amylose <SEP> 25 <SEP> 27 <SEP> 0 <SEP> 55 <SEP> à <SEP> 75
<tb> % <SEP> d'amylopectine <SEP> 75 <SEP> 73 <SEP> 100 <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 45
<tb>
Il convient de noter que le ratio amylose/amylopectine peut être modifié par des transformations génétiques à partir des souches naturelles.
Le produit expansé biodégradable de l'invention peut se présenter notamment sous la forme de rondelles, de chips ou de petits cylindres, en forme de S ou de huit.
D'autres formes sont possibles en fonction des inserts de filière choisis.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un produit expansé biodégradable non alimentaire, notamment d'un produit de calage, tel que décrit précédemment. Un tel procédé comprend les étapes suivantes :
1) une étape d'alimentation d'un cuiseurextrudeur en farine et/en amidon, éventuellement en eau et éventuellement en additif (s),
2) une étape de transfert,
3) une étape de malaxage,
4) une étape de cisaillement du mélange, et
5) une étape d'extrusion du mélange, où les étapes (2) à (4) sont assurées par une vis ou par deux vis, par exemple co-rotatives, dont la configuration des éléments est spécifique de chaque étape, ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite vis ou lesdites deux vis ont une vitesse de rotation supérieure à environ 600 tours/minute.
Il a en effet été mis en évidence que de façon inattendue, une vitesse de rotation de la vis ou des deux
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vis supérieure à 600 tours/minute permet d'obtenir, à partir de farine et/ou d'amidon, éventuellement avec de l'eau et un ou plusieurs additif (s), un produit expansé biodégradable qui présente tous les critères requis pour un produit de calage, notamment en termes de masse volumique et de résilience.
Le procédé de l'invention peut également comporter une étape de transfert et/ou de compression avant l'étape de cisaillement et/ou une étape de transfert après l'étape de cisaillement.
Par ailleurs, l'étape de malaxage et l'étape de cisaillement peuvent être interverties. Dans ce cas, le procédé de l'invention peut comporter une étape de transfert et/ou de compression avant l'étape de malaxage et/ou une étape de transfert après l'étape de malaxage.
L'étape d'alimentation du cuiseur-extrudeur consiste donc à apporter : la farine et/ou l'amidon, à raison d'environ 70% à environ 100% en poids, - éventuellement de l'eau, de façon à obtenir une teneur en eau dans le cuiseur-extrudeur d'environ 5% à environ 30 % en poids et - éventuellement un ou plusieurs additif (s), à raison d'environ 0% à environ 30% en poids.
Avantageusement, le taux d'incorporation de la farine et/ou de l'amidon est supérieur à 75% en poids, plus particulièrement supérieur à 80%. Celui de l'eau est compris entre 6% et 25%, plus particulièrement entre 7% et 20%. Et celui du ou des additif (s), entre 0% et 5%, et est plus particulièrement de l'ordre de 1% environ.
Si la farine et/ou l'amidon présente (nt) une humidité suffisante, il n'est plus nécessaire d'ajouter d'eau au cours de l'étape d'alimentation. Ainsi, si la farine et/ou l'amidon présente (nt) une humidité supérieure
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à environ 15% et de façon plus avantageuse supérieure à environ 16%, l'étape d'alimentation consisterait à n'apporter que de la farine et/ou de l'amidon et éventuellement un ou plusieurs additifs.
Les additifs sont choisis notamment parmi les éléments suivants ou parmi les combinaisons de deux ou plusieurs de ces éléments : glycérol ou autres plastifiants, huiles, tensio-actifs, pigments naturels, colorants, bactéricides, produits répulsifs contre les animaux, acides, bases.
L'étape d'alimentation peut également consister à apporter ces différentes matières premières sous d'autres formes, par exemple sous forme de pâte préparée au préalable.
Pour obtenir un produit expansé biodégradable conforme à l'invention, la farine et/ou l'amidon utilisé (s) n'ont subi aucune modification chimique, et l'additif (ou les additifs) éventuellement rajouté (s) ne présente (nt) aucune propriété expansante.
Selon une autre caractéristique du procédé, les différentes étapes sont effectuées à l'intérieur d'un fourreau, de forme allongée, chauffé ou non selon les étapes, de façon à obtenir, au moment de la cuissonextrusion, une température maximale du fourreau inférieure ou égale à environ 2500C, de façon avantageuse comprise entre environ 1600 et 2100C, plus particulièrement entre environ 1700 et environ 1900C.
Selon une autre caractéristique du procédé, la pression du mélange au moment de l'extrusion est comprise entre 10 et 300 bars, de façon avantageuse entre environ 50 et environ 150 bars.
Lors de la fabrication en continu du produit, l'énergie mécanique spécifique qui est fournie à ce produit par l'extrudeuse, a une valeur comprise entre 100 et 300
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kWh/t et notamment comprise entre environ 150 et environ 200 kWh/t.
L'invention se rapporte aussi à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Un tel dispositif est du type cuiseur-extrudeur qui comporte, à l'intérieur d'un fourreau de forme allongée, une vis ou deux vis, notamment co-rotatives, entraînée (s) en rotation à une vitesse supérieure environ 600 tours/minute.
A titre d'exemple, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, peut comprendre différentes zones (ou phases) du cuiseur-extrudeur, ou du fourreau, qui correspondent aux différentes étapes du procédé de l'invention.
Une zone d'alimentation qui consiste en un ou plusieurs orifices ménagés dans le fourreau, par lesquels sont introduits la farine et/ou l'amidon, éventuellement l'eau et éventuellement un ou plusieurs additif (s). Chaque orifice peut être réservé à un type d'ingrédient, les additifs pouvant être ajoutés à n'importe quelle étape précédant l'extrusion.
Une zone de transfert des matières premières.
Le fourreau peut être chauffé jusqu'à une température proche de la température d'extrusion, toute température entre la température ambiante et celle proche de la température d'extrusion étant possible. Selon un mode avantageux, la température est comprise entre la température ambiante et environ 1000C, notamment comprise entre environ 250 et environ 700C.
Une zone de malaxage ou une zone de cisaillement qui peut comprendre le chauffage du fourreau jusqu'à une température proche de la température d'extrusion, toute température entre la température ambiante et celle proche de la température d'extrusion étant possible. Selon un mode avantageux, la température est comprise entre la température ambiante et environ
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Figure img00110001

120 oC, notamment comprise entre environ 100 oc et environ 120 C.
Une zone facultative de transfert et/ou de compression du mélange qui peut comprendre le chauffage du fourreau jusqu'à une température proche de la température d'extrusion, toute température entre la température ambiante et celle proche de la température d'extrusion étant possible. Selon un mode avantageux, la température est comprise entre la température ambiante et environ 1400C, notamment comprise entre environ 1200C et environ 1400C.
Une zone de cisaillement ou une zone de malaxage du mélange, qui peut comprendre le chauffage du fourreau jusqu'à une température proche de la température d'extrusion, toute température entre la température ambiante et celle proche de la température d'extrusion étant possible. Selon un mode avantageux, la température est comprise entre la température ambiante et environ 1800C, notamment comprise entre environ 1400C et environ 1800C.
Une zone facultative de transfert du mélange qui peut comprendre le chauffage du fourreau jusqu'à une température proche de la température d'extrusion, toute température entre la température ambiante et celle proche de la température d'extrusion étant possible. Selon un mode avantageux, la température est comprise entre la température ambiante et environ 1800C, notamment comprise entre environ 1400C et environ 1800C
Une phase d'extrusion du mélange au cours de
Figure img00110002

laquelle le fourreau est amené à une température comprise entre 160 et 2500C, et de façon avantageuse comprise entre 1800 et 1900C.
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D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans les exemples qui suivent concernant : - une configuration de cuiseur-extrudeur de type EVOLUM 53 de la société CLEXTRAL faite en référence aux dessins annexés ; la préparation d'un produit expansé biodégradable conforme à l'invention ; - les caractéristiques d'un produit expansé biodégradable de l'invention par rapport aux produits de calage déjà existants.
IL sera fait référence aux dessins en annexe dans lesquels :
La figure 1 est une vue schématique d'une installation de fabrication en continu d'un produit expansé non alimentaire, notamment d'un produit de calage.
La figure 2 est une vue en coupe transversale d'une machine de cuisson-extrusion de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
La figure 3 est une vue en coupe selon la lige 3-3 de la figure 2.
La figure 4 représente des courbes montrant la relation entre la vitesse de rotation des vis et la masse volumique apparente d'un produit expansé biodégradable conforme à l'invention.
La figure 5 représente une vue des inserts de forme grand S utilisés dans l'exemple 3.
Exemple 1.
L'installation représentée schématiquement sur les figures est destinée à la fabrication en continu d'un produit expansé, non alimentaire, notamment d'un produit de calage utilisé notamment pour le maintien et la protection d'objet dans les caisses.
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D'une manière générale, ce type de produits se présente sous la forme de rondelles ou chips en forme de S ou de huit ou sous la forme de petits cylindres. La forme étant fonction de la filière utilisée, d'autres formes peuvent être envisagées.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, la machine 1 de cuisson-extrusion est une machine à deux vis co-rotatives de type EVOLUM 53 de chez CLEXTRAL.
La machine d'extrusion 1 est du type à deux vis co-rotatives et comprend deux vis 11 et 12 entraînées en rotation autour de leurs axes par un moteur et un réducteur, non représentés, à l'intérieur d'une enceinte allongée formant un fourreau 13 qui les enveloppe.
D'une manière générale, les vis 11 et 12 sont munies de filets hélicoïdaux qui engrènent les uns dans les autres et la paroi interne du fourreau 13 forme deux lobes cylindriques sécants, respectivement lia et 12 a, de diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur des filets des vis 11 et 12.
Ces filets sont imbriqués les uns dans les autres et les deux vis 11 et 12 sont entraînées à la même vitesse de rotation et dans le même sens de telle sorte que les deux vis sont identiques, les filets étant simplement décalés les uns par rapport aux autres,
Les vis 11 et 12 représentées à la FIG 3 sont avantageusement constituées d'arbres cannelés, respectivement 14 et 15, sur lesquels sont empilés les tronçons de vis.
L'alésage intérieur de ces tronçons de vis est muni de cannelures correspondant à celles de l'arbre et la partie extérieure est munie de filets hélicoïdaux dont le pas diffère selon le tronçon considéré pour le transfert et le traitement des ingrédients introduits à l'extrémité amont du fourreau 13 de la machine d'extrusion 10. Ainsi,
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la configuration des éléments des vis est spécifique de chaque étape.
On peut ainsi disposer d'un assez grand nombre de tronçons permettant de faire varier le pas, la profondeur, le nombre de filets et la longueur de chaque zone.
Ainsi, la machine d'extrusion 1 comprend en continu, de l'amont à l'aval dans le sens de transfert du mélange, plusieurs zones de traitement.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, la machine 1 comprend : une zone A d'alimentation et de transfert des matières premières, une zone B de transfert et de compression des matières premières, une zone C de cisaillement du mélange, une zone D de transfert du mélange, une zone E de malaxage du mélange, et une zone F d'extrusion du mélange et d'expansion du produit.
Dans la zone A d'alimentation et de transfert, le fourreau 13 est percé, à son extrémité amont par rapport au sens d'écoulement des matières premières, d'un orifice d'alimentation 16 relié à un système de dosage gravimétrique de la farine et/ou de l'amidon, constitué par exemple par un doseur 2 à vis à vitesse variable.
Selon une variante, le fourreau 13 de la machine 1 de cuisson-extrusion est muni dans la zone A d'alimentation et de transfert d'au moins un orifice 27 d'introduction d'eau et/ou d'additifs. Cette eau et ces additifs sont introduits à l'intérieur du fourreau 13 par exemple par des pompes doseuses 27a à piston ou à membrane.
Dans cette zone A, les vis 11 et 12 sont munies de filets 17 à pas larges afin d'assurer le transport des matières premières introduites par l'orifice
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16 et qui s'ouvre largement sur les deux vis Il et 12 afin de répartir lesdites matières premières dans ces filets.
Dans cette zone A, le fourreau 13 de la machine 1 est équipé de moyens de chauffage 18 pour amener progressivement le fourreau de la température ambiante jusqu'à une température de l'ordre de 500C.
Ainsi, les matières premières sont chauffées et transportées vers l'aval de la machine 1 c'est à dire vers la zone B de transfert et compression.
Dans cette zone B, les vis 11 et 12 comportent des filets 19 à pas resserré de façon à comprimer les matières premières.
Au cours de son transfert dans la zone B, le fourreau est progressivement amené à une température de l'ordre de 120oC par des moyens de chauffage 20.
Le mélange passe ensuite dans la zone C de cisaillement.
Dans cette zone C, les vis 11 et 12 sont constituées de disques malaxeurs 21 bi-lobes, comme représentés à la FIG 3. Ces disques malaxeurs 21 permettent un passage contrôlé du mélange vers l'aval avec un effet de malaxage et de cisaillement d'une part entre les disques 21 et d'autre part entre les disques et la paroi interne du fourreau 13.
Ensuite, le mélange ainsi cisaillé est transféré dans la zone D de transfert dans laquelle les vis 11 et 12 sont munies de filets 22 à pas larges.
Au cours du transfert du mélange dans les zones
Figure img00150001

C et D, le fourreau est progressivement porté à une température de l'ordre de 140oC par des moyens de chauffage 23.
Dans la zone E, les vis 11 et 12 sont munies de contre-filets 24, c'est à dire de filets à pas inversé, qui comportent des ouvertures 25 s'étendant radialement
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depuis l'axe de la vis jusqu'à la périphérie du filet et régulièrement répartis autour de l'axe.
Dans la zone E, les vis 11 et 12 sont munies de contre-filets 24, c'est à dire de filets à pas inversé, qui comportent des ouvertures 25 s'étendant radialement depuis l'axe de la vis jusqu'à la périphérie du filet et régulièrement répartis autour de l'axe.
Ainsi, le débit du mélange qui passe dans la zone E est contrôlé ce qui détermine un freinage au niveau de cette zone et, de ce fait, une compression dans la partie amont de la machine de cuisson-extrusion. Il en résulte un effet de malaxage intense du mélange.
Dans cette zone E, le fourreau est porté progressivement à une température de l'ordre de 180oC à l'aide de moyens de chauffage 26.
Les moyens de chauffage 18,20, 23 et 26 sont constitués par exemple par des résistances électriques disposées autour du fourreau 13 ou par des circuits de circulation d'un fluide caloporteur, ménagés dans le fourreau 13 pour chauffer progressivement le fourreau de la température ambiante à l'entrée de la machine 1 de cuissonextrusion jusqu'à une température de l'ordre de 180oC à la sortie de ladite machine.
Ainsi, la machine 1 de cuisson-extrusion permet d'effectuer, grâce à la composition des tronçons des vis 11 et 12 et aux moyens de chauffage, différentes opérations, comme par exemple un transfert, un malaxage, une plastification, un cisaillement, une mise en pression du mélange par la combinaison d'éléments adaptables en fonction du travail mécanique à faire subir audit mélange.
La zone F d'extrusion et d'expansion du produit est constituée par une filière 30 comportant un ou plusieurs canaux de sortie 31 et 32 en fonction du débit et dont la forme et les dimensions sont déterminées en fonction de la forme finale souhaitée pour le produit.
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A la sortie de la filière 30 sont disposés des moyens 35 de coupe du produit formés par exemple par un couteau granulateur permettant, grâce à une vitesse variable et un nombre de lames de coupe adapté, de donner aux produits les dimensions souhaitées.
La pression sur le mélange au moment de l'extrusion est comprise entre 10 et 300 bars et de préférence entre 50 et 150 bars.
La vitesse de rotation des vis 11 et 12 est supérieure à environ 600 tr/min, notamment supérieure à environ 700 tr/min, et plus particulièrement supérieure à 800 tr/min. Ainsi, plus la vitesse de rotation est élevée, plus la masse volumique du produit est faible. De même, plus la vitesse de rotation est élevée et plus la teneur en eau est faible, plus la masse volumique du produit est faible.
Après la coupe, le produit peut être véhiculé, par exemple, par un transporteur pneumatique ou tout autre dispositif adapté, de telle manière que le produit puisse se rééquilibrer en humidité.
Exemple 2.
La matière céréalière utilisée est une farine de maïs commercialisée par la société Maïs Centre Technologie sous l'intitulé Safrane 15.05 .
Le diamètre moyen (ou D50) de cette farine est de l'ordre de 190 um. L'humidité de cette farine est mesurée à environ 14%.
On alimente un dispositif tel que décrit dans l'exemple 1 en farine à raison de 450 kg/h et en eau à raison de 9 1/h.
En d'autres termes, dans le fourreau, le mélange présente une teneur pondérale en eau de 16% environ et une teneur en matière sèche de 84% environ.
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Figure img00180001
La vitesse de rotation des vis est de 1050 tr/min.
La température de la zone A du fourreau est à environ 25 oc, la zone B à 500C environ, la zone C à 120oC environ, la zone D à 140OC environ et les zones E et F à 185OC environ.
L'énergie mécanique spécifique (EMS) fournie au mélange est de l'ordre de 177 kWh/t, et la pression au moment de l'extrusion est de l'ordre de 52 bars.
La filière utilisée est composée de 4 inserts cylindriques de 3 mm de diamètre.
Enfin, la vitesse des couteaux (2 lames mobiles) est de l'ordre de 3500 tr/min.
Le produit expansé biodégradable objet de l'invention (constitué d'un ensemble de particules expansée biodégradables) obtenu présente une masse volumique apparente de l'ordre de 13,3 g/1, et une teneur en eau après stabilisation du produit, de l'ordre de 8%, et donc une teneur en matière amylacée de 92% environ.
La particule expansée biodégradable obtenue a une forme cylindrique de 16 mm de longueur et 42 mm de diamètre environ.
En comprimant une particule expansée biodégradable entre deux pistons, il est possible de mesurer la force nécessaire pour atteindre 50% de l'épaisseur (notée F en Newton (N)) de cette particule, ainsi que sa capacité à retrouver ou non son épaisseur initiale (c'est la résilience). Dans ce cas, la compression n'a pas été maintenue.
On définit donc qu'une particule a une résilience de 100% si elle retrouve intégralement son épaisseur initiale après compression de 50% de son épaisseur initiale et après relâchement de l'effort de compression.
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Figure img00190001
La particule de cet exemple présente une F de l'ordre de 28, 5 N et une résilience de l'ordre de 85%.
Exemple 3.
La matière céréalière utilisée est la même que celle de l'exemple précédent.
On alimente un dispositif tel que décrit dans l'exemple 1 en farine à raison de 450 kg/h et en eau à raison de 25 1/h. On ajoute un pigment vert. Autrement dit, dans le fourreau on a une formule de départ de 81% environ de matière sèche, 18% environ d'eau et moins de 1% de pigment vert.
La vitesse de rotation des vis est de 900 tr/min.
La température de la zone A du fourreau est à
Figure img00190002

environ 25 OC, la zone B à 50 C environ, la zone C à 120OC environ, la zone D à 135OC environ et les zones E et F à 180OC environ.
L'énergie mécanique spécifique (EMS) fournie au mélange est de l'ordre de 160 kWh/t, et la pression au moment de l'extrusion est de l'ordre de 150 bars.
La filière utilisée comporte 4 inserts en forme de grand S de 7 mm2 de surface (FIG 5).
Enfin, la vitesse des couteaux (monobloc à 4 lames) est de l'ordre de 4000 tr/min.
Le produit expansé obtenu présente une masse volumique apparente de l'ordre de 15 g/1, et une teneur en eau après stabilisation du produit, de l'ordre de 8,5%, et donc une teneur en matière amylacée de l'ordre de 91,5%.
La particule expansée biodégradable obtenue a une forme en s de 20 mm de longueur et 13 mm de largeur environ.
La particule de cet exemple présente une F de l'ordre de 22 N et une résilience de l'ordre de 89%.
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On pourrait utiliser d'autres pigments ou des colorants pour que le produit obtenu à la sortie de l'extrudeuse ait différentes couleurs.
Par ailleurs, le produit peut être mono-couleur ou multi-couleurs selon le type d'objets à emballer.
Exemple 4.
A titre de comparaison, le tableau 3 ci-dessous résume quelques caractéristiques de différents produits de calage en polystyrène expansé et biodégradable de l'invention selon l'exemple 2.
Tableau 3
Figure img00200001
<tb>
<tb> Particule <SEP> Chips <SEP> en <SEP> Chips <SEP> en
<tb> expansée <SEP> forme <SEP> de <SEP> S, <SEP> forme <SEP> de <SEP> 8,
<tb> biodégradable <SEP> en <SEP> en
<tb> de <SEP> l'invention <SEP> polystyrène <SEP> polystyrène
<tb> Densité <SEP> apparente <SEP> 13,3 <SEP> 12 <SEP> 11, <SEP> 5
<tb> (g/l)
<tb> F <SEP> (N) <SEP> 28,5 <SEP> 41,3 <SEP> 14
<tb> Résilience <SEP> (%) <SEP> 85 <SEP> 88, <SEP> 5 <SEP> 74
<tb>
Les intérêts liés à un produit expansé biodégradable, non alimentaire, et à son procédé de fabrication d'un produit expansé, non alimentaire, notamment pour un produit de calage, sont notamment : - le faible coût de la matière première et du produit expansé biodégradable,
Figure img00200002

- un procédé de fabrication simple et continu, - le respect de l'environnement pendant la fabrication et pour l'élimination des produits expansés après leur utilisation.

Claims (21)

  1. REVENDICATIONS 1) Produit expansé biodégradable, non alimentaire, notamment un produit de calage, à base d'une matière végétale, caractérisé en ce que la matière végétale est de la farine et/ou de l'amidon qui ne sont pas chimiquement modifiés et en ce que ledit produit ne comprend pas d'agent expansant.
  2. 2) Produit expansé biodégradable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un additif dans des proportions jusqu'à environ 25%, de préférence entre environ 0,1% et 5%, et plus particulièrement entre environ 0,5% et 2%.
  3. 3) Produit expansé biodégradable selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou les additifs sont choisis parmi : glycérol ou autres plastifiants, huiles, tensio-actifs, pigments naturels, colorants, bactéricides, produits répulsifs contre les animaux, acides, bases.
  4. 4) Produit expansé biodégradable selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il présente une masse volumique inférieure ou égale à 30 g/1, de préférence inférieure à 20 g/1, avantageusement
    Figure img00210001
    comprise entre environ 5 g/1 et environ 19 g/1 et plus particulièrement comprise entre environ 9 g/1 et environ 15 g/1.
  5. 5) Produit expansé biodégradable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il présente une résilience supérieure à 50%, de préférence supérieure à 70%, avantageusement supérieure à 80% et plus particulièrement de l'ordre de 85%.
    <Desc/Clms Page number 22>
  6. 6) Produit expansé biodégradable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en eau est comprise entre environ 5% à 30%, avantageusement comprise entre environ 6% et 15%, et plus particulièrement entre environ 7% et 12%.
  7. 7) Produit expansé biodégradable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué : - d'une matière amylacée céréalière et/ou non céréalière, - d'eau, et - éventuellement d'un ou plusieurs additif (s) sans propriété expansante.
  8. 8) Produit expansé biodégradable selon la revendication 7, caractérisé en ce que la teneur en poids de matière amylacée est comprise entre environ 70% à 95%, avantageusement entre environ 85% et 94%, et plus particulièrement entre environ 88% et 93%.
  9. 9) Produit expansé biodégradable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les farine (s), amidon (s) ou mélange (s) de ceux-ci sont d'origine céréalière ou non céréalière.
  10. 10) Produit expansé biodégradable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les farine (s), amidon (s) ou mélange (s) de ceux-ci sont de céréales ou d'un mélange de céréales choisis dans le groupe comprenant : riz, mil, millet, sarrasin, seigle, avoine, épeautre, orge, et de façon avantageuse, blé ou maïs.
    <Desc/Clms Page number 23>
  11. 11) Produit expansé biodégradable selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les farine (s), amidon (s) ou mélange (s) de ceux-ci sont non céréalières et choisis dans le groupe comprenant : la pomme de terre, le lupin, le manioc, le soja, le pois, le quinoa.
  12. 12) Procédé de fabrication d'un produit expansé, non alimentaire, notamment d'un produit de calage, à base de farine et/ou d'amidon comprenant les étapes suivantes : (1) une étape d'alimentation d'un cuiseurextrudeur en farine et/ou en amidon, éventuellement en eau et éventuellement en additif (s), (2) une étape de transfert, (3) une étape de malaxage, (4) une étape de cisaillement du mélange, et (5) une étape d'extrusion du mélange, les étapes (2) à (4) étant assurées par une vis ou par deux vis, notamment co-rotatives, dont la configuration des éléments est spécifique de chaque étape, caractérisé en ce que ladite vis ou lesdites deux vis ont une vitesse de rotation supérieure à environ 600 tours/minute.
  13. 13) Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de transfert et/ou de compression avant l'étape (4), et/ou une étape de transfert après l'étape (4).
  14. 14) Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que l'étape de malaxage et l'étape de cisaillement sont interverties.
  15. 15) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'étape d'alimentation consiste à introduire dans le cuiseurextrudeur de la farine et/ou de l'amidon n'ayant subi aucune modification chimique, éventuellement de l'eau et éventuellement des additifs.
    <Desc/Clms Page number 24>
  16. 16) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le taux d'incorporation de la farine et/ou de l'amidon est supérieur à environ 70% en poids.
  17. 17) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le ou les additifs ne contien (nen) t aucun agent expansant.
  18. 18) Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le ou les additifs sont choisis dans le groupe comprenant : glycérol ou autres plastifiants, huiles, tensio-actifs, pigments naturels, bactéricides, produits répulsifs contre les animaux, acide, base.
  19. 19) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'étape d'alimentation consiste à introduire exclusivement de la farine et/ou de l'amidon de céréale ou une matière amylacée non céréalière n'ayant subi aucune modification chimique et de l'eau.
  20. 20) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, caractérisé en ce que les différentes étapes sont effectuées à l'intérieur d'un fourreau de forme allongée, chauffé ou non selon les étapes, afin d'obtenir une température maximale, au moment de l'extrusion, supérieure à 2500C, de façon avantageuse comprise entre environ 1600 et 2100C, plus particulièrement entre environ 1700 et environ 1900C.
  21. 21) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 20, caractérisé en ce que la pression du mélange au moment de l'extrusion est comprise entre 10
    <Desc/Clms Page number 25>
    et 300 bars, notamment entre environ 50 et environ 150 bars.
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