FR3115294A1 - Procédé de traitement de fluides par champs électriques pulsés et dispositif de mise en oeuvre - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne le traitement de fluide contenant des organismes unicellulaires ou pluricellulaires tels que bactéries, levures, fruits et légumes ou morceaux de fruits et légumes aux fins d’extraction de jus et/ou de décontamination, et plus particulièrement les raisins de vendange, les pommes à jus et à cidre, et ce afin d’améliorer non seulement les rendements d’extraction en jus mais aussi en solutés contenus dans les cellules végétales par champs électriques pulsés qui se caractérise par le fait que la durée de chaque impulsion est asservie soit à la température du fluide en sortie de module afin de ne pas dépasser une température maximale prédéterminée soit à l’intensité maximale du courant reçue ou émise par le générateur. Figure pour l’abrégé : Fig.
Description
La présente invention concerne le domaine de l’extraction solide-liquide à partir de matière première végétale telle que des fruits ou des légumes.
Les produits alimentaires issus du traitement de fruits et légumes sont nombreux et variés et la destruction mécanique des matrices végétales constitue une étape souvent essentielle au processus de fabrication visant à extraire un liquide ou des composés solubles contenus dans les cellules végétales ; composés que l’on cherche par exemple à purifier.
Qu’il s’agisse classiquement de procédés de fabrication de jus de fruits ou de jus de légumes dont on cherche à améliorer le rendement d’extraction en jus, qu’il s’agisse de produit séché dont on cherche a contrario à éliminer l’eau, que ce soit la simple recherche d’extraction de solutés (e.g. le sucre de betterave), les procédés alimentaires industriels cherchent de manière générale à améliorer les transferts de matière afin d’obtenir une substance donnée ou à ôter l’eau d’une matière première végétale, voire animale.
Dans le cadre particulier de la vinification, on va rechercher à maximiser le rendement d’extraction solide-liquide de manière générale et plus particulièrement l’extraction de certains composés et constituants du raisin.
Les constituants du raisin qui jouent un rôle majeur dans l’expression qualitative des vins sont essentiellement contenus dans les cellules de la pellicule de la baie de raisin. Une forte proportion des composés d’arômes et des précurseurs aromatiques se trouve dans ces tissus pelliculaires.
Depuis plusieurs années, pour améliorer l’extraction des composés des cellules de la pellicule du raisin au cours des macérations en rouge, on utilise la thermovinification. Cette technique consiste à chauffer la vendange quelques minutes à 70° C, puis à laisser macérer à cette température pendant 30 à 40 minutes. Les raisins sont ensuite pressurés. Les jus obtenus vont être alors refroidis et fermentés en phase liquide. Si la thermovinification élimine la laccase, enzyme responsable des phénomènes d’oxydation, elle offre aussi l’avantage de favoriser l’extraction de composés de la pellicule tels que les tannins, les anthocyanes, les arômes primaires et les polysaccharides.
Cette technique permet en outre d’améliorer les rendements d’extraction de jus des baies de raisins en plus d’améliorer l’extraction de composés solubles contenus dans les cellules végétales, qu’il s’agisse de sucres, pigments, ou tout autre composé contribuant au goût, à la couleur ou à l’arôme des vins obtenus.
Les résultats concernant l’extraction des composés tels qu’anthocyanes, proanthocyanidines, catéchines et flavonols consistent en de meilleurs rendements d’extraction et de plus fortes teneurs, à une amélioration des intensités colorantes mais cependant à une perte sensible de ces avantages en cours de conservation des vins. La limite du procédé concerne notamment la perte de couleur au cours des mois suivant la vinification.
Parallèlement au gain observé pour les polyphénols, une évolution des caractéristiques sensorielles des vins issus des thermotraitements de la vendange a été mise en évidence.
Cette technologie est présentée comme permettant de gommer des notes végétales et d’amertume sur certains cépages récoltés à faible maturité ou favoriser le gras ou l’équilibre et diminuer la sensation d’acidité sur d’autres.
Ces divers avantages ont aussi leurs inconvénients. En effet le chauffage entraîne une inactivation de certaines enzymes du raisin ainsi qu’une augmentation de l’extraction de certains polysaccharides (i.e. pectines) qui ne le sont pas lors d’une vinification classique. Cela entraîne des difficultés de clarification des vins issus de thermotraitement. Il sera alors nécessaire de faire un apport d’enzymes pour faciliter la clarification mais le résultat ne sera pas toujours idéal.
En outre le contrôle de la température est un paramètre important qu’il n’est pas possible de toujours maîtriser parfaitement et l’inertie thermique peut entraîner des surchauffes du mélange traité.
Enfin, le traitement thermique va nécessairement impacter les levures et bactéries présentes sur le raisin et la fermentation subséquente sera rallongée ou nécessitera un apport en microorganismes.
De nombreuses techniques d'intensification d’extraction ont également été développées telles que les champs électrique pulsés. Ces techniques d'intensification agissent sur les membranes et/ou parois cellulaires des cellules constituant la matrice végétale solide pour faciliter l'extraction solide/liquide et plus particulièrement de molécules d’intérêt contenues dans les cellules végétales.
Ces techniques utilisent des impulsions électriques pour concentrer, dans des temps très courts, de l'énergie électrique stockée préalablement dans un condensateur. Cette énergie électrique est ensuite injectée dans une chambre de traitement comprenant la matrice végétale solide. Cette injection très brutale d'énergie électrique dans la chambre permet de déséquilibrer des propriétés physiques, biologiques et/ou chimiques de la biomembrane des cellules de la matrice végétale solide qui peuvent présenter des caractéristiques très intéressantes pour l'extraction des molécules biologiques.
Le champ électrique pulsé peut également agir sur le contenu intracellulaire de la cellule (par exemple détacher la membrane cellulaire de la paroi ainsi que désorganiser son contenu intracellulaire).
La technique d’électroporation, qui consiste à appliquer un champ électrique sur des cellules, permet de perméabiliser leur membrane et dans certaines conditions d’extraire tout ou partie du contenu cellulaire, notamment des molécules d’intérêt pour les fruits et légumes. Ce champ électrique induit des changements de la différence de potentiel de la membrane plasmique et conduit à sa déstabilisation transitoire (Teissié et al, 2005). Ce phénomène permet l’entrée et la sortie de la cellule de molécules non perméantes, c'est-à-dire qui ne peuvent pas diffuser à travers la membrane ou la paroi cellulaire de manière spontanée.
Le document FR3025216 décrit un procédé d’extraction de lipides à partir de cellules de microalgues en suspension dans un milieu liquide tamponné.
Cependant, les technologies par champs électriques pulsés induisent un surcoût de traitement, une complexité de mise en œuvre, des qualités nutritives, technologiques (clarification) et gustatives des jus qui peuvent être affectées.
Outre l’optimisation des caractéristiques des champs électriques pulsés appliqués (tension, durée, fréquence…), différents techniques complémentaires ont été utilisées pour compléter ou assister la technologie de champs électriques pulsés afin de maximiser encore l’extraction de solutés des cellules. L’utilisation de solvants organiques, d’enzymes telles que des pectinases, ou d’étapes de broyage préalable permettent d’améliorer encore le rendement d’extraction. Cependant ces co-traitements ont leurs limites tant en terme de coût que d’impact environnemental ou sur le produit lui-même.
Il ressort donc un besoin de fournir un procédé de traitement de fluide contenant des cellules végétales et/ou des cellules microbiennes, en particulier de produits végétaux tels que fruits et légumes aux fins d’extraction de jus et plus particulièrement les raisins de vendange, les pommes à jus et à cidre, par exemple, et ce afin d’améliorer non seulement les rendements d’extraction en jus mais aussi en solutés contenus dans les cellules végétales (sucres simples complexes, enzymes, pigments et autres molécules aromatiques, etc.) et/ou décontaminer ledit fluide tout en ne présentant pas les inconvénients des techniques de traitement thermique, par solvants ou par des champs électriques pulsés telles que connues.
C’est ainsi un premier objet de la présente invention que de fournir un procédé de traitement continu d’un fluide comprenant une phase liquide aqueuse et des organismes, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- réception dudit fluide,
- circulation du fluide en écoulement homogène à travers au moins un module de traitement comprenant une conduite aboutée à une chambre à champs électriques pulsés connectée à un générateur d’impulsions électriques,
- optionnellement, macération du fluide traité,
- récupération du fluide traité,
la durée de chaque impulsion étant asservie à au moins un paramètre choisi parmi :
- la température du fluide en sortie de module, en particulier afin de ne pas dépasser une température maximale prédéterminée,
- l’intensité maximale du courant reçue ou émise par le générateur.
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la durée de chaque impulsion étant asservie à au moins un paramètre choisi parmi :
- la température du fluide en sortie de module, en particulier afin de ne pas dépasser une température maximale prédéterminée,
- l’intensité maximale du courant reçue ou émise par le générateur.
Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon l’invention, l’asservissement de la durée de chaque impulsion à la température du fluide en sortie de module ou à l’intensité maximale du courant reçue ou émise par le générateur est réalisé par un régulateur proportionnel-intégral-dérivé.
La régulation mesure en permanence par le biais de capteurs de température et/ou d’intensité. Les informations sont envoyées à un régulateur qui compare ces mesures à la, ou aux, valeur(s) de consigne puis, suivant un algorithme, va transmettre ses ordres, dans le cas présent, à un pont en H afin de faire varier la durée des impulsions et donc de corriger les perturbations et éviter au fluide de surchauffer ou au système de disjoncter.
Le fait de pouvoir réguler la température via la durée des impulsions électriques - dont toute l’énergie est convertie en chaleur par effet Joule - permet de préserver les propriétés organoleptiques des aliments voire éviter tout début de fermentation dans le cas de fabrication de jus.
L’incrément thermique d’un volume liquide homogène soumis à des champs électriques pulsés est régit par l’équation suivante : ΔT=E² * σ * t * N / C * ρ avec :
- ΔT : élévation de température du liquide par motif, en °K,
- E : champ électrique, en V/m,
- σ : conductivité du liquide, en S/m,
- t : durée d’une impulsion, en secondes,
- N : nombre d’impulsions reçues par le volume,
- C : capacité thermique massique du liquide, en J/(kg*K)
- ρ : densité du fluide, en kg/m3.
- ΔT : élévation de température du liquide par motif, en °K,
- E : champ électrique, en V/m,
- σ : conductivité du liquide, en S/m,
- t : durée d’une impulsion, en secondes,
- N : nombre d’impulsions reçues par le volume,
- C : capacité thermique massique du liquide, en J/(kg*K)
- ρ : densité du fluide, en kg/m3.
Dans le contexte de la présente invention, le terme « organisme » ou « organismes » est compris comme faisant référence à un système biologique constitué d’une ou plusieurs cellules, on parle ainsi d’organisme unicellulaire ou multicellulaire. Par organisme multicellulaire, on entend ici un ensemble de cellules différentiées ou non, en contact, représentant tout ou partie d’un organisme. Ainsi par organisme multicellulaire, la présente description fait référence à des amas de cellules végétales, des fractions ou morceaux de fruit ou de légumes, des tissus végétaux, de la pulpe de fruit ou de légumes, des fruits ou légumes entiers constitués d’une pluralité de cellules végétales.
Par organisme unicellulaire, on fait référence dans la présente demande à des cellules de bactéries ou de levures voire d’algues unicellulaires.
Ainsi dans un mode de réalisation du présent procédé, les organismes sont choisis dans le groupe comprenant les organismes unicellulaires et les organismes pluricellulaires.
Dans un autre mode de réalisation les organismes unicellulaires sont choisis dans le groupe consistant en bactéries, levures et algues.
Dans un mode de réalisation les organismes multicellulaires sont choisis dans le groupe constitué par les fragments végétaux, des tissus végétaux, des amas de cellules végétales, de la pulpe de fruit ou de légumes, des fruits ou légumes entiers constitués d’une pluralité de cellules végétales.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que l’écoulement est turbulent.
En effet il a été constaté que dans le cas d’un écoulement laminaire du fluide, les organismes au centre du flux – plus rapides que ceux aux bords - reçoivent moins d’impulsions électriques. Ceci d’autant plus lorsque plusieurs modules sont disposés en série. Dans un tel cas, ce sont les mêmes cellules d’organismes qui sont le moins exposées au champ électrique dans les chambres successives. Corollairement, ce sont les mêmes cellules aux bords qui sont d’avantage exposées et qui subissent un plus grand nombre d’impulsions électriques. En réalisant une circulation en écoulement turbulent, les cellules d’organismes sont soumises à des turbulences permettant une meilleure distribution des vitesses des cellules d’organismes au sein du flux de matière, et engendrant des mouvements exposant toutes les faces des cellules des organismes. Cela permet ainsi de traiter la matière des organismes de manière plus homogène, à la fois pour la perméabilisation par les champs électriques pulsés mais également pour une répartition d’augmentation de température par effet Joule plus homogène, minimisant ainsi la détérioration des composés thermosensibles.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que le nombre de modules de traitement est compris entre 2 et 10, de préférence entre 3 et 6.
La succession de modules de traitement permet de multiplier l’application de champs électriques à la matière des organismes en mouvement dans le fluide.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que les modules sont disposés en série ou en parallèle ou une combinaison série/parallèle, de préférence en série.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que le débit du fluide dans au moins un module est compris entre 1 et 200 tonnes/heure, particulièrement entre 5 et 60 tonnes/heure.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que les organismes multicellulaires sont choisis dans le groupe constitué par des fruits ou légumes entiers, des fruits ou légumes écrasés, des fruits ou légumes foulés, des fruits ou légumes coupés en morceaux, des fruits ou légumes râpés, des fruits, des légumes ou des algues broyés, ou un mélange.
Les fruits ou légumes entiers que l’on peut traiter selon le procédé selon l’invention peuvent être des raisins, des pommes de terre ou des tomates par exemple. Les raisins issus de l’éraflage peuvent être entiers ou légèrement écrasés. Le traitement de ces organismes permet une altération des parois et membranes cellulaires qui deviennent poreuses avec des propriétés mécaniques altérées. Cela va permettre une meilleure extraction du jus et des solutés dans le cas du raisin ou de la tomate. Cela va permettre une facilitation du pelage des tomates si on cherche à les garder intègres. Les pommes de terre vont, quant à elles subir un ramollissement, ce qui va faciliter leur découpe ou tranchage lors de la fabrication de produits élaborés tels que chips ou frites par exemple.
Le procédé selon l’invention est aussi applicable aux fruits et légumes dont on cherche à extraire le jus et à maximiser le rendement d’extraction tel que les pommes ou les carottes qui seront découpées, râpées ou broyées avant d’être soumises au procédé selon l’invention.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que la phase liquide aqueuse est choisie dans le groupe constitué par le jus, en particulier le jus végétal, issu des organismes, en particulier les organismes végétaux tels que cellules végétales, morceaux de végétal, un solvant aqueux, un solvant hydro-alcoolique, ou un mélange.
La phase liquide pourra en effet provenir d’eau externe jouant le rôle de vecteur des organismes. Il pourra aussi s’agir de l’eau de végétation libérée suite aux actions mécaniques appliquées (écrasage, éraflage, tranchage, broyage, râpage, etc.) sur les organismes tels que les fruits, légumes, cellules, fractions et morceaux de légumes ou fruits, ou algues. Il pourra aussi s’agir d’une combinaison des deux.
Selon la nature et la quantité des organismes compris dans le fluide traité, celui-ci s’apparentera à un jus, une pulpe ou une pâte plus ou moins fluide. Dans tous les cas cependant il s’agit d’un fluide pompable plus ou moins pâteux dans lequel les organismes constituent une phase dispersée dans une phase liquide (eau et/ou jus).
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que le champ électrique au sein de la chambre à champs électriques pulsés est compris entre 50 et 8000 V/cm, particulièrement entre 100 et 1000 V/cm, plus particulièrement entre 300 et 500 V/cm.
L’avantage de tels champs électriques modérés est de favoriser la multiplication de défauts membranaires (électroporation réversible), plutôt que la destruction membranaire par des champs électriques plus intenses (électroporation irréversible).
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que la durée de chaque impulsion électrique émise par le générateur est comprise entre 100 µs et 100 ms, de préférence entre 1 ms et 10 ms. Comme indiqué plus avant, la durée de chaque impulsion sera asservie à la température de consigne à ne pas dépasser ou à l’intensité à ne pas dépasser.
En effet lors de l’application de champ électrique, se produit un effet Joule tendant à échauffer le milieu et à accroître la température du fluide.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que la fréquence des impulsions électriques émises par le générateur est comprise entre 1 et 10 000 Hz, de préférence entre 40 et 1 000 Hz.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que le nombre d’impulsions électriques reçues par cellule d’organisme est compris entre 1 et 1000, particulièrement entre 5 et 500 et plus particulièrement entre 6 et 60.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que les impulsions électriques émises par le générateur sont alternativement positives et négatives.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que l’inversion de polarité est effectuée entre chaque impulsion électrique ou entre chaque groupe d’impulsions électriques au sein d’une même période.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que l’inversion de polarité est réalisée par un pont en H avec transistors de commutation de puissance.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que les impulsions électriques positives et négatives d’une même période sont de même durée.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que la durée entre deux impulsions électriques est inférieure à 10 ms, particulièrement inférieure à 500 µs et supérieure à 1 µs, plus particulièrement encore inférieure à 500 µs et supérieure à 50 µs.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que les formes d’ondes des impulsions électriques sont carrées, trapézoïdales, triangulaires, sinusoïdales, sinusoïdales redressées.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que les impulsions sont unipolaires, bipolaires symétriques ou asymétriques.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que les impulsions électriques du générateur sont sinusoïdales redressées bipolaires et symétriques, en particulier via par un pont redresseur double alternance triphasé suivi d’un pont en H.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que l’étape optionnelle de macération du fluide traité est effectuée pendant une durée comprise entre 10 minutes et 30 jours, plus particulièrement entre 30 minutes et 48 heures, en particulier à une température correspondant à la température utilisée pour l’asservissement de la durée des impulsions électriques.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que l’étape optionnelle de macération est effectuée à une température correspondant à la température utilisée pour l’asservissement de la durée des impulsions électriques.
Cette étape optionnelle de macération permet une diffusion des solutés présents dans les cellules, en particulier les cellules de la peau des organismes végétaux, en particulier les raisins. Ces solutés appartenant à la famille des polyphénols tels que par exemple les anthocyanes, proanthocyanidines, catéchines, flavonols et autres solutés tels que polysaccharides sont libérés dans la phase liquide de manière accrue tout en évitant un échauffement accentué délétère pour la qualité des vins qui en seront issus.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention peut comprendre une étape de séparation solide/liquide lorsque le fluide traité est chargé en organismes et que l’on souhaite récupérer une phase solide débarrassée desdits organismes. Une telle séparation solide/liquide peut être réalisée par une technique choisie parmi le pressurage, la décantation, la filtration, la centrifugation, utilisées seules ou combinées.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que le passage du fluide en écoulement homogène à travers au moins un module de traitement est réalisé par une pompe, une vis sans fin ou un convoyeur à bande.
Le fluide peut circuler, poussé par une pompe ou une vis sans vin, au sein d’une conduite aboutée à la chambre contenant les électrodes ; dans une autre alternative de réalisation, le fluide peut aussi être en circulation sur un tapis convoyeur avec une électrode affleurant au niveau dudit tapis.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que les organismes sont choisis dans le groupe constitué par les fruits et légumes. Les fruits et légumes sont choisis dans le groupe constitué par les raisins, les pommes, les tomates, les pommes de terre, les betteraves, les carottes et les olives.
L’invention vise aussi un dispositif pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’un des modes de réalisation précédent caractérisé en ce qu’il comprend un moyen d’amener le fluide, au moins un module de traitement dans lequel circule le fluide, ledit module étant constitué d’une conduite aboutée à une chambre à champs électriques pulsés, ladite chambre étant connectée à un générateur d’impulsions électriques, caractérisé en ce que le générateur comprend :
- optionnellement, un filtre RFI limitant les perturbations haute-fréquence de et vers le fournisseur d’électricité,
- un transformateur triphasé,
- un pont redresseur double alternance triphasé,
- un pont en H auquel est relié un ou plusieurs modules de chambre à champs électriques pulsés permettant de réaliser des impulsions bipolaires dont la durée peut être asservie à au moins un paramètre choisi parmi : i) la température du fluide en sortie de module afin de ne pas dépasser une température maximale prédéterminée et ii) l’intensité maximale du courant reçue ou émise par le générateur,
- un capteur de température en sortie de module et/ou un capteur d’intensité situé en amont du transformateur ou entre le transformateur et les modules de traitement,
- un système de régulation proportionnel-intégrateur-dérivateur (PID) permettant de commander les commutateurs de puissance du pont en H afin de faire varier la durée des impulsions. Le système de régulation PID peut être réalisé via un microcontrôleur ou microprocesseur avec un algorithme adapté.
- optionnellement, un filtre RFI limitant les perturbations haute-fréquence de et vers le fournisseur d’électricité,
- un transformateur triphasé,
- un pont redresseur double alternance triphasé,
- un pont en H auquel est relié un ou plusieurs modules de chambre à champs électriques pulsés permettant de réaliser des impulsions bipolaires dont la durée peut être asservie à au moins un paramètre choisi parmi : i) la température du fluide en sortie de module afin de ne pas dépasser une température maximale prédéterminée et ii) l’intensité maximale du courant reçue ou émise par le générateur,
- un capteur de température en sortie de module et/ou un capteur d’intensité situé en amont du transformateur ou entre le transformateur et les modules de traitement,
- un système de régulation proportionnel-intégrateur-dérivateur (PID) permettant de commander les commutateurs de puissance du pont en H afin de faire varier la durée des impulsions. Le système de régulation PID peut être réalisé via un microcontrôleur ou microprocesseur avec un algorithme adapté.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon l’invention est caractérisé en ce que la chambre à champs électriques pulsés comprend deux électrodes planes et parallèles dont l’écartement est compris entre 0,3 et 10 cm.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon l’invention est caractérisé en ce que l’espacement des chambres à champs électriques pulsés est compris entre 5 et 10 fois, particulièrement 7 fois, l’écartement des électrodes de la chambre à champs électriques pulsés et est compris entre 30 cm et 1 m.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon l’invention est caractérisé en ce que toute ou partie de la conduite de chaque module présente une conformation telle qu’elle engendre un écoulement turbulent.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon l’invention est caractérisé en ce que toute ou partie de la conduite comprend au moins un étranglement à section carrée, rectangulaire ou arrondie en hélice ou en anneau sur sa face interne.
Ainsi, toute ou partie de la conduite pourra présenter une corrugation ou une torsade.
Un tube corrugué présente l'avantage de rompre la couche de film à proximité de la paroi du tube et de casser l’écoulement laminaire et d’introduire une turbulence.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon l’invention est caractérisé en ce que la tension de sortie du générateur est relevée par un transformateur triphasé dans un rapport de transformation compris entre 2 et 10.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon l’invention est caractérisé en ce que le transformateur est de type triangle-triangle.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé est caractérisé en ce que le fluide comprend des organismes choisis parmi les bactéries et/ou levures, ledit procédé permettant la désactivation desdits organismes par leur électroporation irréversible en limitant l’élévation de température du fluide de 30°C à 40°C.
Le procédé est ainsi adapté à la décontamination du fluide traité. Pour une telle désactivation microbienne, une augmentation de température, par exemple de 30 °C est suivie d’un refroidissement rapide pour ne pas dégrader les jus, bien loin de la pasteurisation qui passe de 0 - 5 °C à plus de 70 °C, aussi avec un refroidissement rapide pour limiter la dégradation. L’avantage du procédé est qu’il n’a pas besoin de paramètres spécifiques par type de jus. La température de sortie maximum est spécifiée et les impulsions sont asservies en durée et non pas en fréquence d’impulsion. Ce faisant les organismes unicellulaires, i.e. les microorganismes, sont systématiquement atteints et détruits à partir du moment où l’on ne fait pas varier la fréquence pour un débit donné.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
EXEMPLE
L’installation d’extraction de jus assisté par champs électriques pulsés représentée à la comprend, en début de chaîne, des moyens de récupération de la matière contenant des organismes, des grains de raisins entiers ou en morceaux, qui est ensuite acheminée – par exemple par une vis sans fin – dans les chambres d’impulsions avant d’être déversée dans une cuve tampon ou directement dans un pressoir ou tout autre système d’extraction des jus (décantation, filtration ou centrifugation).
Les chambres d’impulsions sont reliées à un ou plusieurs générateurs de champs électriques pulsés. De préférence, un seul.
Le générateur de champ électrique pulsé utilisé pour le procédé économique de la présente invention est constitué notamment :
- d’un filtre RFI limitant les perturbations haute-fréquence de et vers le fournisseur d’électricité,
- d’un transformateur triphasé, de préférence triangle-triangle, de rapport de transformation compris entre 2 et 10, de préférence entre 3 et 5, notamment 3,15
- d’un pont redresseur double alternance triphasé, dont la tension de sortie oscille entre 1,5 et √3 fois la tension maximale par phase redressée en sortie du transformateur, avec un banc de condensateurs pour absorber les pics de tension liés à la force contre-électromotrice du transformateur.
- d’un pont en H au sein duquel sont reliées les chambres d’impulsions, ainsi que son système de commande permettant le pilotage du générateur.
- d’un filtre RFI limitant les perturbations haute-fréquence de et vers le fournisseur d’électricité,
- d’un transformateur triphasé, de préférence triangle-triangle, de rapport de transformation compris entre 2 et 10, de préférence entre 3 et 5, notamment 3,15
- d’un pont redresseur double alternance triphasé, dont la tension de sortie oscille entre 1,5 et √3 fois la tension maximale par phase redressée en sortie du transformateur, avec un banc de condensateurs pour absorber les pics de tension liés à la force contre-électromotrice du transformateur.
- d’un pont en H au sein duquel sont reliées les chambres d’impulsions, ainsi que son système de commande permettant le pilotage du générateur.
Le pont en H est constitué de 4 transistors de commutation de puissance - disposés schématiquement sous forme de H - afin de permettre de réaliser des impulsions bipolaires dont la durée peut être asservie par les contraintes de puissance de l’installation (asservissement en courant) ou par les besoins du procédé (asservissement basé sur la température en sortie des chambres d’impulsions).
L’asservissement est représenté sur la par la variation de la durée des variables Tp et Tn (durée des impulsions positives et négatives) dont la somme est comprise entre 0 et 95 % de la variable P. Cette dernière correspond à la période unitaire du signal électrique dont le motif est répété durant tout le traitement du fluide.
Un circuit intégré, de type microcontrôleur ou FPGA, récupère les informations :
- du capteur de température en sortie de la dernière chambre d’impulsions et/ou,
- d’un capteur d’intensité de courant situé sur une phase en amont du transformateur ou en aval entre le transformateur et les chambres d’impulsions,
et effectue l’asservissement en boucle fermée du procédé au moyen d’un régulateur proportionnel-intégrateur-dérivateur (PID), en commandant les commutateurs de puissance du pont en H pour faire varier les durées des impulsions positives et négatives de chaque période.
- du capteur de température en sortie de la dernière chambre d’impulsions et/ou,
- d’un capteur d’intensité de courant situé sur une phase en amont du transformateur ou en aval entre le transformateur et les chambres d’impulsions,
et effectue l’asservissement en boucle fermée du procédé au moyen d’un régulateur proportionnel-intégrateur-dérivateur (PID), en commandant les commutateurs de puissance du pont en H pour faire varier les durées des impulsions positives et négatives de chaque période.
Une chambre d’impulsion telle que représentée en peut être combinée en série avec une autre chambre identique. Les chambres en série peuvent être reliées à un ou plusieurs générateurs.
Le tube reliant la vis sans fin aux chambres d’impulsions, le tube reliant les chambres d’impulsions entre elles ainsi que le tube les reliant à la cuve tampon ou au pressoir peuvent être cylindriques, de préférence corrugués, ou de toute autre forme de section permettant d’avoir un flux, de préférence turbulent, de matière végétale. La section représentée est carrée avec une rotation de la section d’un demi-tour entre deux chambres d’impulsions.
La turbulence est utile pour limiter la différence de vitesse de la matière entre le centre et les bords de la chambre d’impulsions. Cela permet de traiter la matière végétale de manière plus homogène, à la fois pour la perméabilisation par les champs électriques pulsés mais également pour une répartition d’augmentation de température par effet Joule plus homogène, minimisant ainsi la détérioration des composés thermosensibles comme les arômes.
Les chambres d’impulsions ont ici un écartement entre électrodes de 4 à 10 cm, avec une longueur d’électrode de préférence au moins égale à l’écartement afin d’avoir des lignes de champs électriques théoriques d’une intensité la plus proche de la différence de tension entre les électrodes divisé par leur écartement.
La distance entre deux chambres d’impulsions est de préférence au moins égale à 5 fois l’écartement des électrodes d’une même chambre d’impulsion, pour limiter les lignes de champ croisées entre chambres qui perméabilisent peu les cellules, mais également pour augmenter la durée entre les passages dans chaque chambre, afin d’accroître la perméabilisation des cellules des organismes végétaux.
Pour les procédés de traitement de la vendange, l’élévation de température par effet Joule est déterminant pour améliorer l’extraction de polyphénols, polysaccharides et précurseurs d’arômes pendant les phases de macération et de pressurage, et est plus efficace et moins coûteux que le chauffage des parois d’un échangeur ou d’un fluide caloporteur extérieur.
Claims (9)
- Procédé de traitement continu d’un fluide comprenant une phase liquide aqueuse et des organismes, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- réception dudit fluide,
- circulation du fluide en écoulement homogène à travers au moins un module de traitement comprenant une conduite aboutée à une chambre à champs électriques pulsés connectée à un générateur d’impulsions électriques,
- optionnellement, macération du fluide traité,
- récupération du fluide traité,
caractérisé en ce que la durée de chaque impulsion est asservie à au moins un paramètre choisi parmi :
- la température du fluide en sortie de module,
- l’intensité maximale du courant reçue ou émise par le générateur. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de chaque impulsion du générateur d'impulsions électriques est comprise entre 100 µs et 100 ms, de préférence entre 1 ms et 10 ms.
- Dispositif pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend un moyen pour amener le fluide, au moins un module de traitement dans lequel circule le fluide, ledit module étant constitué d’une conduite aboutée à une chambre à champs électriques pulsés, ladite chambre étant connectée à un générateur d’impulsions électriques, caractérisé en ce que le générateur comprend :
- optionnellement, un filtre RFI limitant les perturbations haute-fréquence de et vers le fournisseur d’électricité,
- un transformateur triphasé de rapport de transformation compris entre 2 et 10 pour élever la tension en sortie du générateur,
- un pont redresseur double alternance triphasé,
- un pont en H auquel est relié un ou plusieurs modules de chambre à champs électriques pulsés permettant de réaliser des impulsions bipolaires dont la durée peut être asservie à au moins un paramètre choisi parmi : i) la température du fluide en sortie de module afin de ne pas dépasser une température maximale prédéterminée et ii) l’intensité maximale du courant reçue ou émise par le générateur,
- un capteur de température en sortie de module et/ou un capteur d’intensité situé en amont du transformateur ou entre le transformateur et les modules de traitement,
- un système de régulation proportionnel-intégrateur-dérivateur (PID) permettant de commander les commutateurs de puissance du pont en H afin de faire varier la durée des impulsions. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre à champs électrique pulsés comprend deux électrodes planes et parallèles dont l'écartement est compris entre 0,3 et 10 cm.
- Dispositif selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'espacement des chambres à champs électriques pulsés est compris entre 5 et 10 fois, particulièrement 7 fois, l’écartement des électrodes de la chambre à champs électriques pulsés et est compris entre 30 cm et 1 m.
- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que toute ou partie de la conduite comprend au moins un étranglement à section carrée, rectangulaire ou arrondie en hélice ou en anneau sur sa face interne.
- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que toute ou partie de la conduite pourra représenter une corrugation ou une torsade.
- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le transformateur est de type triangle-triangle.
- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la durée de chaque impulsion du générateur d'impulsions électriques est comprise entre 100 µs et 100 ms, de préférence entre 1 ms et 10 ms.
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2018
- 2018-12-19 WO PCT/FR2018/053397 patent/WO2019129953A1/fr active Application Filing
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2021
- 2021-10-18 FR FR2111046A patent/FR3115294A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005093037A1 (fr) * | 2004-03-20 | 2005-10-06 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Procede permettant d'extraire mieux et plus doucement les substances utiles contenues dans des raisins, mout ainsi obtenu, vin ainsi produit et dispositif d'electroporation |
| US20100116151A1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-13 | University Of Southern California | Treatment of food must with low energy, short pulsed electric field |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019129953A1 (fr) | 2019-07-04 |
| FR3076298A1 (fr) | 2019-07-05 |
| FR3076298B1 (fr) | 2023-03-24 |
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