WO2020030774A1 - Procédé de production d'un liquide fermenté - Google Patents

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Dominique Ibarra
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Air Liquide France Industrie
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    • A23C2240/20—Inert gas treatment, using, e.g. noble gases or CO2, including CO2 liberated by chemical reaction; Carbonation of milk products

Definitions

  • the present invention relates to the food industry and in particular the milk industry, but more generally, the invention relates to liquids which are going to be fermented, in particular by lactic acid bacteria. This is the case with milk, to which bacteria are added to produce yogurt, cheese, etc. but this can also be the case for soy milk for example.
  • Lactic acid fermentation is the process by which lactic acid bacteria develop, under anaerobic conditions, by producing lactic acid from the carbohydrates present in the product that is fermented (lactose in the case of milk).
  • Lactic acid bacteria which include, for example, lactobacilli, streptococci, bifidobacteria, leuconostocci and enterococci, are anaerobic bacteria, partially tolerant to oxygen.
  • the growth curve of bacteria during lactic fermentation is the same as for any other fermentation and includes:
  • a latency phase during this phase the growth rate is zero or almost zero. It is the time necessary for bacteria to adapt to the composition of the substrate (medium in which fermentation takes place), and produce the enzymes necessary for its use. The duration of the latency phase therefore depends on the composition of the fermentation medium.
  • a lever to improve the productivity of lactic fermentation is to reduce the lag phase.
  • a low level of dissolved oxygen in milk at the start of fermentation reduces the duration of the lag phase.
  • the dissolved oxygen in milk would delay the production of lactic acid.
  • Vacuum degassing will protect the product from oxidation just before the pasteurization stage, but nothing is done after this stage, the product will then inevitably take up oxygen (via air) during the following stages of process.
  • One of the objectives of the present invention is therefore to propose a new fermentation process having a better productivity than a traditional process because implementing a fermentation medium having a level of dissolved oxygen almost zero, without the need for a step vacuum or nitrogen deoxygenation as according to the prior art.
  • the present invention proposes to work under the following conditions where the liquid, for example milk, but the targeted “liquid” can also be a mixture, for example a mixture for producing a yogurt, in particular undergoes the following steps:
  • an injection into the line, downstream or upstream of pasteurization, of a small amount of nitrogen to rebalance the milk with nitrogen For example, injecting a flow of nitrogen (nitrogen or another gas, including CO2) of between 5 and 50 g per cubic meter of liquid, preferably between 10 and 30 g / m 3 , in order to bringing the liquid to equilibrium after cooling after pasteurization;
  • nitrogen nitrogen or another gas, including CO2
  • a little CO2 (or a gas comprising CO2), for example an amount between 20 and 1500 mg / l, preferably an amount between 150 and 900 mg / l can be injected (dissolved) in the liquid: online (before arriving in the tank) or in a tank upstream, in order to pre-lower the pH and thus further reduce the fermentation time.
  • fermenting a liquid means lowering its pH by the action of bacteria, which produce lactic acid.
  • the pH drops with the development of lactic acid bacteria, when the pH reaches 4.6 (isoelectric pH of caseins, major proteins in milk), the quail milk, forming a gel.
  • CO2 we lower the pH a little faster, supporting the work of bacteria. This small amount of dissolved CO 2 will also have the advantage of more effectively protecting the milk from possible oxygen uptake via air during transfers into partially inert containers.
  • liquids to be fermented for example yogurts
  • liquids which result from the mixture of several liquid and possibly solid ingredients for example by considering the case of one of a yogurt, the liquid which will be fermented, and which will therefore pass into the pasteurizer before sowing, is a mixture of milk, powdered milk protein, possibly sugar, possibly cream, etc.
  • the mixing of these ingredients is carried out under inerting in order on the one hand to remove the dissolved oxygen present in the ingredients, and on the other hand to avoid the incorporation of oxygen because of the very action of mixing.
  • the present invention takes advantage of the fact that the residual oxygen in the liquid, for example milk, at the outlet of pasteurization is very low and that the tank is inerted BEFORE the arrival of the liquid.
  • the present invention we do not oxygenate not, we avoid the recovery of oxygen, which consumes less gas, and by the fact that inerting takes place in parallel with pasteurization we do not add additional step time.
  • Figure 1 attached illustrates a partial schematic view of an installation suitable for the implementation of the invention.
  • an inline gas injector for example a Venturi system
  • the present invention therefore relates to a method for producing a fermented edible liquid, comprising the following steps:
  • the tank was, before the arrival of the liquid, previously inerted, for example by scanning the head space of the tank using a neutral gas such as nitrogen, containing or not CO2.

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Abstract

L'invention propose un procédé de production d'un liquide alimentaire fermenté, comprenant les étapes suivantes : - la pasteurisation du liquide (3); - son refroidissement en tout ou partie; - son arrivée (5) dans un tank (10); - l'ensemencement du liquide contenu dans le tank par des ferments (7), par exemple par des bactéries lactiques.

Description

« Procédé de production d’un liquide fermenté »
La présente invention concerne l’industrie alimentaire et notamment l’industrie du lait, mais plus généralement, l’invention vise les liquides qui vont être fermentés, notamment par des bactéries lactiques. C'est le cas du lait auquel on ajoute des bactéries pour produire du yaourt, du fromage etc. mais cela peut aussi être le cas du lait de soja par exemple.
On a rapporté dans la littérature de ce domaine technique l’intérêt de maintenir, dans le lait utilisé pour faire des yaourts, une quantité d'Ü2 dissous faible, la plus faible possible, dans le but d’abaisser le temps de latence des bactéries lactiques et donc raccourcir le temps de production.
Rappelons dans ce qui suit les notions qui sont en jeu ici.
La fermentation lactique est le processus par lequel des bactéries lactiques se développent, en condition anaérobie, en produisant de l’acide lactique à partir des glucides présents dans le produit qui est fermenté (le lactose pour le cas du lait).
Les bactéries lactiques, dont font partie par exemples les lactobacilles, les streptocoques, les bifidobactéries, les leuconostoques et enterocoques, sont des bactéries anaérobies, partiellement tolérantes à l’oxygène.
La courbe de croissance des bactéries lors de la fermentation lactique est la même que pour toute autre fermentation et comprend :
- Une phase de latence : durant cette phase le taux de croissance est nul ou quasi nul. C’est le temps nécessaire aux bactéries pour s’adapter à la composition du substrat (milieu dans lequel se produit la fermentation), et produire les enzymes nécessaires à son utilisation. La durée de la phase de latence dépend donc de la composition du milieu de fermentation.
- Une phase d’accélération.
- Une phase de croissance exponentielle : le temps de doublement des bactéries est court et le temps de croissance est donc à son maximum.
- Une phase de ralentissement. - Une phase stationnaire : le taux de croissance devient nul, les bactéries qui se multiplient compensent celles qui meurent.
Un levier pour améliorer la productivité de la fermentation lactique est de réduire la phase de latence. Il est prouvé notamment qu’un faible niveau d’oxygène dissous dans le lait en début de fermentation permet de réduire la durée de la phase de latence. L’oxygène dissous dans le lait retarderait en effet la production d’acide lactique.
La littérature de ce domaine a notamment montré les points suivants :
- il est connu de réaliser la désoxygénation ou désaération du lait par un procédé basé sur une mise sous vide totale ou partielle du produit. A titre d’exemple, on peut citer le brevet US-2,151 ,644, qui propose une méthode pour désaérer un produit alimentaire liquide en faisant circuler de façon continue un liquide sous forme de film dans une chambre sous vide.
Mais le dégazage au vide présente les inconvénients suivants :
Un investissement important,
Une consommation énergétique importante,
Des pertes d’arômes,
Un collapsage des emballages,
- Des problèmes éventuels de perte d’aseptie.
Le dégazage sous vide va protéger de l’oxydation le produit juste avant l’étape de pasteurisation, mais rien n’est entrepris après cette étape, le produit reprendra alors inévitablement de l’oxygène (via l’air) durant les étapes suivantes du procédé.
- il est également connu de réaliser une désoxygénation du lait à l’azote : à titre illustratif, le document FR-2 964 884 au nom de la Demanderesse propose un procédé de désoxygénation en ligne d’un liquide alimentaire ou pharmaceutique durant lequel le liquide à désoxygéner subit dans la canalisation une injection d’un gaz neutre de type azote puis une étape de séparation du gaz (chargé en oxygène) et du liquide. Une étape de séparation gaz/liquide est donc présente ici.
Si l’exemple qui précède décrit une injection en ligne, une littérature abondante propose par ailleurs de réaliser une désoxygénation en mode « batch » (mode « lot »), mais la désoxygénation en « batch », en plus de présenter les mêmes inconvénients que la désoxygénation en ligne, représente une quantité de gaz consommés par quantité de liquide traité qui est élevée. Par ailleurs, la désaération en « batch », c'est- à-dire l’injection d’un gaz neutre par diffusion ou agitation du liquide requiert dans ce cas une étape de plus dans le procédé, étape qui va consommer du temps, en sachant que l’objectif est de gagner du temps sur l’étape de latence au début de la fermentation. En conclusion, ajouter une étape « batch » de désoxygénation va selon toute probabilité avoir l’effet inverse qu’attendue sur la productivité.
Par ailleurs, il n’est pas toujours possible d’assurer une agitation ou un bullage permanent du liquide. En effet, souvent le lait est fermenté pour la production de yaourt ou de fromage, et l’étape de fermentation permet la formation d’un gel dont la texture est importante pour la qualité du produit final. Si une agitation ou un bullage viennent perturber la formation du gel, le produit obtenu n’aura pas la texture souhaitée.
D’autre part, l’injection d’un gaz dans du lait est limitée par la formation de mousse qui entraine des difficultés de mise en œuvre ainsi que des difficultés de nettoyage, et des pertes de produit. Enfin le moussage peut altérer l’état des protéines du lait.
Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer un nouveau procédé de fermentation présentant une meilleure productivité qu’un procédé traditionnel car mettant en œuvre un milieu de fermentation ayant un niveau d’oxygène dissous nul ou presque, sans nécessité d’une étape de désoxygénation au vide ou à l’azote comme selon l’art antérieur.
Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention propose de travailler dans les conditions suivantes où le liquide, par exemple le lait, mais le « liquide » visé peut être également un mélange, par exemple un mélange de production d’un yaourt, subit notamment les étapes suivantes :
La pasteurisation du lait ;
Son refroidissement ;
Selon un des modes préférés de mise en œuvre de l’invention, une injection dans la ligne, en aval ou en amont de la pasteurisation, d’une petite quantité d’azote pour ré-équilibrer le lait en azote. Par exemple, l’injection d’un débit d’azote (azote ou un autre gaz, y compris du CO2) compris entre 5 et 50 g par mètre cube de liquide, préférentiellement entre 10 et 30 g/m3, afin d’amener le liquide à l’équilibre après son refroidissement suite à la pasteurisation ;
L’arrivée du lait pasteurisé après refroidissement ou pour son étape de refroidissement préférentiellement dans un tank, par le bas du tank ou par le haut du tank, le tank ayant été préalablement inerté, par exemple par balayage de l'espace de tête du tank à l'aide d'un gaz neutre comme l'azote, contenant ou non du CO2.
L’ensemencement du lait dans ce tank par des bactéries lactiques, préférentiellement dans des conditions inertées, car l’ensemencement s’accompagne d’une agitation pour homogénéiser le mélange, ce qui favorise une possible ré- incorporation d’air.
Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, un peu de CO2 (ou un gaz comportant du CO2 ) par exemple une quantité comprise entre 20 et 1500 mg/l, préférentiellement une quantité comprise entre 150 et 900 mg/l peut être injectée (dissoute) dans le liquide : en ligne (avant son arrivée dans le tank) ou en cuve en amont, afin d’en pré-abaisser le pH et réduire ainsi encore le temps de fermentation. En effet, fermenter un liquide revient à abaisser son pH par l'action des bactéries, qui produisent de l'acide lactique. Ainsi par exemple, lors de la fermentation d'un lait pour la production d'un yaourt, le pH baisse avec le développement des bactéries lactiques, lorsque le pH atteint 4,6 (pH isoélectrique des caséines, protéines majeures du lait), le lait caille, formant un gel. Si l’on ajoute du CO2, on abaisse un peu plus vite le pH, en support au travail des bactéries. Cette faible quantité de CO2 dissoute aura aussi pour avantage de protéger plus efficacement le lait d’une éventuelle reprise d’oxygène via de l’air lors de transferts dans des récipients partiellement inertés.
Dans le cas de certains liquides à fermenter (par exemple les yaourts), qui ne sont pas du lait « simple », liquides qui résultent du mélange de plusieurs ingrédients liquides et éventuellement solides, par exemple en considérant le cas d’un d’un yaourt, le liquide qui va être fermenté, et qui donc va passer dans le pasteurisateur avant ensemencement, est un mélange de lait, de poudre de protéines de lait, éventuellement du sucre, éventuellement de la crème etc.... Il est alors très avantageux, dans le cadre de la présente invention, que le mélange de ces ingrédients soit réalisé sous inertage afin d’une part de retirer l’oxygène dissous présent dans les ingrédients, et d’autre part d’éviter l’incorporation d’oxygène du fait de l’action même de mélanger.
Les avantages principaux de la proposition technique selon la présente invention peuvent être résumés ainsi :
Pas de reprise d’oxygène
Pas de nécessité d’une étape de séparation gaz/liquide
Pas d’étape ajoutée au procédé (la protection et la mise en équilibre du liquide avec de l’azote sont réalisées pendant l’étape de transfert du produit vers la cuve réceptrice située après la pasteurisation).
Pas de formation de mousse
Un gain de temps de production
Une moindre consommation de gaz par rapport aux autres solutions de l’art antérieur.
Contrairement à l’art antérieur évoqué plus haut dans la présente description, la présente invention tire avantage du fait que l'oxygène résiduel dans le liquide, par exemple le lait, en sortie de pasteurisation est très faible et que l’on inerte le tank AVANT l'arrivée du liquide. Ainsi selon la présente invention nous ne désoxygénons pas, nous évitons la reprise d'oxygène, ce qui est moins consommateur de gaz, et que par le fait que l'inertage à lieu en parallèle de la pasteurisation nous n'ajoutons pas un temps d'étape supplémentaire.
La figure 1 annexée illustre une vue schématique partielle d’une installation convenant pour la mise en œuvre de l’invention.
On peut reconnaître sur la figure les éléments d’installation suivants :
En référence 1 : une cuve de stockage de lait
En 2 : une pompe
En 3 : un pasteurisateur
En 4 : un injecteur de gaz en ligne (par exemple un système Venturi)
En 5 : une arrivée du liquide par le bas dans le tank (10) de fermentation qui a été pré-inerté à l’azote
6 : un axe de mélange
7 : une arrivée de ferments
La présente invention concerne alors un procédé de production d’un liquide alimentaire fermenté, comprenant les étapes suivantes :
- la pasteurisation du liquide ;
- son refroidissement en tout ou partie ;
- son arrivée dans un tank ;
- l’ensemencement du liquide contenu dans le tank par des ferments, par exemple par des bactéries lactiques,
se caractérisant en ce que le tank a été, avant l’arrivée du liquide, préalablement inerté, par exemple par balayage de l'espace de tête du tank à l'aide d'un gaz neutre tel que l'azote, contenant ou non du CO2 .
On évoque ci-dessus un inertage par balayage à l’aide d’un gaz mais d’autres méthodes peut être envisagées, et notamment l’utilisation de la dépression créée lors du nettoyage aseptique du tank et l’injection d’un gaz inerte tel l’azote pour compenser la dépression.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production d’un liquide alimentaire fermenté, comprenant les étapes suivantes :
- la pasteurisation du liquide (3) ;
- son refroidissement en tout ou partie ;
- son arrivée (5) dans un tank (10) ;
- l’ensemencement du liquide contenu dans le tank par des ferments (7), par exemple par des bactéries lactiques,
se caractérisant en ce que le tank a été, avant l’arrivée du liquide, préalablement inerté, par exemple par balayage de l'espace de tête du tank à l'aide d'un gaz neutre tel que l'azote, contenant ou non du CO2 .
2. Procédé selon la revendication 1 , se caractérisant en ce que l’on procède, en aval ou en amont de la pasteurisation, et en tout état de cause avant l’arrivée du liquide dans le tank, à une injection (4) en ligne d’un gaz neutre tel l’azote ou le CO2 ou un mélange de tels gaz, dans le liquide, à l’aide d’un débit préférentiellement compris entre 5 et 50 g par mètre cube de liquide, et plus préférentiellement compris entre 10 et 30 g par mètre cube de liquide.
3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que l’on procède à une injection de CO2 ou d’un gaz comportant du CO2, dans le liquide, par exemple en ligne, avant son arrivée dans le tank ou bien dans le tank même, préférentiellement dans une quantité comprise entre 20 et 1500 mg/l, et plus préférentiellement comprise entre 150 et 900 mg/l.
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que le dit liquide est du lait.
5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, se caractérisant en ce que le dit liquide est un mélange de plusieurs ingrédients, liquides et éventuellement solides, et en ce que le mélange de ces ingrédients a été réalisé dans des conditions d’inertage.
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