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~(~25273
La presente invention concerne des extraits de
matières végétales, notamment de café, chicorée ou autres
succédanés de café, thé, tlsanes, etc., de meme qu'un procédé
de fabrica-tion de tels extraits.
Les extraits de café par exemple se préserltent
généralement sous la forme de poudres sèches dont les particules
sont relativement petites lorsqu'il s'agit de produits séchés
par atomisation. Quand il s'agit de produits agglomerés ou
lyophilisés que llon s'efforce de faire ressembler au café rôti
et moulu, les particules qui les composent sont plus grandes,
mais irrégulières.
Llinvention vise l'obtention dlun produit industrieI
nouveau consistant en des extraits de matieres végétales en
~` grains. Ce produit nouveau se caractérise notamment par le fait
.
qu'il se présente sous llaspect de grains instantanément solubles
dans l'eau et-ayant une structure poreuse et continue, une surface
sans aspérités et une masse volumineuse comprise entre 50 et
300 g/l, et par le fait qu'il a une teneur en eau allant
jusqu'a 6%.
L~invention a trait également a un procédé de fabrica-
tion de tels extraits en grains, lequel est caractérisé par le
; fait que l~on extrude a une température comprise entre 60 et
125 sous une pression allant de 1 a 10 bars un extrait de
matieres végétales en poudre ou en pate contenant jusqula 10%
dleau puis que l'on découpe le produit extrudé en fragments.
Les extraits visés par l'invention sont essentiellement
les extraits de café, de chicorée ou autres succédanés de cafe,
de thé e-t de tisanes, par exemple la menthe,le tilleul, la
verveine, la camomille, etc.
, 30 Le dessin annexé montre a titre dlexemple une forme
dlexécution du produit selon llinvention.
La figure 1 est une vue schematique, en coupe, agrandie
à l'echelle 12,8 fois d'un grain selon l'invention de 6 mm de
.-:
:''.
73
diamètre.
La fiyure 2 est une reproduction de grains selon
l'invention.
Les grains selon l'invention ont la pxoprié-té de se
dissoudre dans l'eau de manière pratiquement instantanée
Ils sont instantanément solubles dans l'eau chaude. De plus et
de façon inattendue, ils sont pratiquement immédiatement solubles
:
;::
:
.' .
:
'~.'`
'.:
. 1 .
~ '
,
: ~
2S~:73
~eau froide.
Ces grains ont une structure interne l, poreuse et alveol~e,
telle que représentée sur le dessin (figure l). Cette structure
est relativement réguli~re et peut se comparer ~ une structur~
du type éponge. La dimension moyenne des alvéoles 2 est suscep~
tible de varier dans de larges limites en fonction des conditions
de fabrication; elle est par ~xemple comprise entre quelquesl/100
de mm et l mm. Par suite de leur structure globalement homo-
gène et llabsence de discontinuit~ importante autre qu'acciden-
telle, les grains selon llinvention se distinguent radicalementdes granules obtenus par agglomération de particules plus fines.
L'aspect extérieur des grains est différent de leur aspect
intérieur. Ils présentent une surface 3 qui, sauf accident, est
relativement lisse, sans asperités, le criblage provoqué par les
alvéoles qui débouchent ~ l'extérieur étant très nettement at-
ténué. En d'autres termes, les grains possèdent une peau, fine
pellicule poreuse de très faible épaisseur.
En bref, l'aspect de ces grains rappelle ~tonnamment celui
~e la pierre ponce.
La masse volumique des grai.ns, comprise entre 50 et
300 g/l, n'appelle ~ue peu de commentaire~ elle est une consé-
~' quence directe de la structure poreuse et alveolée et peut être
'~ fix~e en sélectionnant ~udicieusement les conditions de fabrica-
tion.
Les dimensions et formes des grains peuvent également être
, fixées en s~lectionnant les conditions de fabrication. En prati-
que, les dimensions minimales realisables sans difficultés ma-
jeures sont de l'ordre de l ~ 1,5 mm, c'est-à-dire que les grains
sont retenus ~ar un tamls ~ mailles de l mm ( ~S standard
, 30 No 18, AFNOR Mo 31 ou 16 ~esh). De préférence, on réalise des
dimensions comprises entre 2,5 et 15 mm.
Les grains obtenus lors d'une fabrication o~ l'on utilise
qu'une seule buse (ou plusieurs buses identiques ou encore une
buse multiple 3 orifices identiques) et où l'on découpe le produit
extrudé de façon régulière, ont tous à peu près les mêmes formes
et les mêmes dimensions, sans grosses ni fines. Quelques formes
possibles sont donn~es ~ titre illustratlf dans la figure 2.
~:.
,
1e~ 73
Bien entendu, en utilisant simultan~ment plusieurs buses diffe-
rentSs les unes des autres ou en choisissant une séquence de
d~coupage irréguliare, il est facile d'obtenir un produit fini
constltué de grains de formes et de dimensions variées. Ce résul-
S tat peut aussi etre atteint en melangeant le produit fini issud'une première fabrication avec le produit fini issu d'une autre
fabrication.
D'une mani~re g~n~rale, les grains sont relativement durs
et r~sistent bien à l'écrasement. A titre d'exemple, un grain
~-~ 10 entier a base d'un extrait de l'café soluble", de forme générale
sphérique et de 6 mm de diamètre, possède une résistance ~
,.;
; l'écrasement de l'ordre de 2,5 à 7,5 Newtons. Par comparaison,
,.
- un caf~ soluble constitué de grains est nettement moins friable
qu'une poudre de café lyophilis~e ou agglomérée de même densité
.
apparente.
Les grains alimentaires selon l'invention, dont la teneur
en eau peut aller jusqu'à 6% de leur poids de matieres s~ches,
' ont en outre un pouvoir absorbant très grand. Ils sont capables
~` de fixer jusqul~ 20% de leur poids de matières grasses, d'arômes,
20 de colorants, etc. En pra~ique, on ne dépasse pas une teneur en
matières grasses de 5%, pour ~viter la formation de globules de
qraisse dans la boisson reconstituée. ~lalgré cette capacit~
~ ;l
d'absorption, on considère que les gra~ns sont peu hygroscopi-
~i ques dans la mesure o~ ils rés1stent plusieurs jours ~ l'humidité 25 atmosphérique sans devenir collants.
~' Selon un proc~dé de fahrication de ces grains, on extrude
-~` dans une enceinte o~ règne une pression sub-atmosphérique, un
extrait en poudre ou en pâte.
Bien entendu, l'extralt de matieres vég~tales doit pouvoir
30 etre extrudé, c'est-~-dire qu'il doit 8tre thermoplastique ou con-
tenir une forte proportion d'élements thermoplastiques. La notion
;~ de thermoplasticit~ aui implique un ramo~issement sous l'effet de' la chaleur et eventuellement de la pression, et un durcissement
au refroidissement se comprend ais~ment dans le cas d'une pate.
35 Dans le cas d'une poudre, cette notion signifie que les particules
qui constituent la poudre sont aptes, sous l'effet de la chaleur
et ~ventuellement de la pression, ~ se fondre les unes dans les
~,
~ . ,
~ ,"~
~ ~;~i~73
autres pour former une masse molle plus ou moins malleable.
La tene~r en eau de l'extrait (celui-ci se présentant 50US
forme d'une poudre ou d'une pate), est un facteur important, mais
non critique dans la mesure o~ elle peut varier dans une large
gamme, pratiquement jusqu'~ 10~ en poids de matières seches. Elle
a une influence directe sur les caracteristiques du produit ~ini
~ et l'on peut être amené, dans le but de préparer un produit fini
-~ donne, ~ modifier la teneur en eau de l'extrait de départ.
La temperature de l'extrait dans l'extrudeuse est évidem-
ment un fac~eur essentiel du procédé selon l'invention car c'estelle qui assure la plasticité de 1'extrait et lui permet de pas-
ser convenablement à travers les huses d'extrusion. Elle doit
ekre suffisante pour assurer cette plasticité, à savoir 60C
environ, mais ne doit pas entraIner une détérioration de l'extrait
~rait~. On considère que 125C est une limite supérieure qu'il
vaut mieux ne pas franchir. Il convient de prendrP des précau-
~; tions particulières pour eviter que la température des buses ou
,~ au niveau des buses ne depasse cette limite sous l'effet des
forces de compression agissant en amont de celles-ci, compression
habituellement comprise entre 1 et 10 bars (environ ~ 1 ~ 10 atm)
, en fonctionnement regulier.
Le diamètre de ces petits orifices, qui détermine en partie
la valeur de la pression dans l'extrudeuse, peut etre choisi avec
une grande liberte en fonction des dimensions que l'on desire at-
25 tribuer au produit fini~ Toutefois, l'extrusion est difficile ~
;realiser de maniere pratique si les orifices ont des dimensions
inferieures à 25/100 de mm. On considère que des diamètres de
buses de l'ordre de 0,5 à 5 mm sont des valeurs optimales pour la
pr~paration de grains d'extraits de caf~ A partir d'extr~its en
30 poudre ayant de 2 à 6~ d'humidité. ~a forme des buses est sans
grande importance. En effet, l'utilisation de buses courtes ou
longues, de buses coni~ues ou encore de buses en deux parties
(l'une etroite, l'autre plus large) ne donne pas de résultats
~ significativement superieurs ~ l'emploi de buses classiques cylin-
; 35 driques. Bien entendu, en vue de conferer au produit fini une
forme particuli~re, on peut se servir de buses a section non cir-
', culaire , par exemple ~ section carr~e ou ovale, en forme de
: ~
~''
~:~` '':
., - ,. .
73
tr~fle, etc. De plus pour lnfluer sux le fini de surface du
produi~ extrudé, donc des grains obtenus, on peut utiliser des
buses réfrigérées ou dont la partle externe est réfrigér~e.
La pression sub-atmosphérique ou "vlde" régnant dans l'en-
ceinte, en aval des buses, est en revanche un él~ment déterminant.
En l'absence de ce vide, le produit obtenu par extrusion d'un ex-
trait porté ~ des temp~ratures relativement modérées pour des
opérations de ce genre, ne saurait acqu~rix la texture expansée
désirée. ~u contraire, la présence du vide provoque au sortir
~; 10 des buses, d'une part une brusque élimination d'une partie au
moins de l'eau sous forme de vapeur e~ des gaz initialement con-
tenus dans l'extrait, d'autre part et corrélativ~ment un abaisse-
; ment brutal de la température conférant au produit extrud~ la tex-
`~ ture et la rigidit~ cherchées. Dans la pratique, la pression sub-
atmosphéri~ue est de l'ordre de 0,01 à 0,3 bar (environ 0,01 à
^` 0,3 atm) essentiellement par suite de considérations de technolo-
; ,
gie et de coût.
Selon une forme d'exécution du procédé selon l'invention,
l'extrait de départ, pulvérulent ou pâteux, est amené par un
moyen d'alimentation quelconque, à pression atmosphérique, sous
pression ou sous vide et si nécessaixe sous gaz inerte,dans une
extrudeuse dont le corps est ~ une température comprise entre
60 et 100C. Cet extrait est alors deplace vers la ou les buses
dlextrusion à l'alde d'un dispositif tel qu'un piston (procede en
discontinu) ou une vis simple ou double ~procédé en continu), à
pas fixe ou a pas variable, chauffée ou non, et se plastifie peu-
à-peu sous l'effet de la chaleur et de la pression. L'extrait
chaud passe alors ~ travers les buses d'extrusion maintenues entre
70 et 90C et arrive dans l'enceinte o~ ragne le vide, enceinte
encore appelee "chambre d'expansion". Sous l'effet de la decom-
pression brutale, une partie de l'eau (jusqu'~ 50%) et des gaz
contenus dans cet extrait chaud est expuls~e, tandis que la tempé-
rature de ce dernier chute de plusieurs dizaines de degrés. On
obtient alors un produit expanse sous forme d 7 un boudin poreux et
relativement rigide.
,
Selon une première variante, on laisse s~achever l'expan-
sion du boudin, puis on découpe celui-ci réguli~rement, à l'aide
d'un couteau rotatif par exemple. Les grains obtenus de dimensio~
'~
:.
-
.; :' .
. .
73
homog~nes ressemblent ~ des b~tonnets ou ~ des tra~chei~.
Selon une deuxième variante, pr~fér~e, on d~coupe le bou-
din avant qu'il ait pu achever son expansion, c'est-à~dire tras
pr~s des kuses d'extruston et sous vide. Les b~tonnets obtenus
continuent de gonfler et l'on recueille alors des grains en
forme de sphéroldes ou d'ovoides, de dimensions comparables.
Selon une troisi2me variante, les bâtonnets obtenus par
découpage du boudin juste à la sortie des buses sont recueillis
dans des moules individuels, dans lesquels ils gonflent,
~0 acquérant ainsi la orme du moule, par exemple la forme d'un
grain de café.
Comme il a déja été mentionné plus haut, l'application du
~; vide permet de texturer l'extrait de départ sans ~uiil faille por-
ter celui-ci à haute température. De la sorte, les substances
~`~ 15 délicates de cet extrait, notamment les substances aromatiques,
se trouvent tr~s largement préservées. De ce fait les grains
obtenus présentent sur les plans gustatifs et olfactifs, une
qualité qui se compare à celle de l'extrait de départ non extrudé.
En outre, de part leur structure poreuse, ils sont capables de
'`:A 20 fixer de grandes quantités de substances diverses, par exemple
! des matières grasses, des ar8mes, etc. On peut donc, si désiré,
.
pulv~riser sur ces grains des substances aromatiques dilués dans
` un vecteur appropri~. Bien entendu, ils peuvent également être
post-traités, par exemple post-séchés.
'; Selon une forme d'execution pr~féree du procéd~ selon l'in-
vention, on utilise, comme extrait thermoplastique, une poudre
dite "boisson instantanée" (caf~, thé, chicorée, café + chicorée,
etc) obtenue par atomisation, lyophilisation ou tout autre pro-
c~dé de s~chage i peu importe sa granulométrie. Si nécessaire
, 30 la teneur en eau de cette poudre est ajustée entre 2 et 6%, puis
celle-ci est vers~e dans une extrudeuse ~ vis chauffée à 80 -
100C et équipée de buses ayant un diamètre de 0,5 à 5 ~m. Le
vide dans la chambre d'expansion est de 0,05 - 0,15 bar (envi-
ron 0,05 a 0,15 atm).
~ 35 Selon un mode de réalisation avantageux de cette forme
!' d'ex~cution pr~fér~e, l'extrudeuse est couplée ~ une tour de
séchage simple (c'est-~-dire non équipée d' un dlspositif de re-
,, ~ ;,,
,, .:~:
~'~'`' '.:
.. . .
~ 7
~ i~3
cyclage des fines)et clirectement alimentee par la poudre qui en
sort.
Le boudin expansé est découpé sous vide, à proximite im-
médiate de la sortie des buses d'extrusion. Les qrains obtenus
tombent alors sur une sole, puis une fois leur expansion terminée,
peuvent être convoyes ~ l'ext~rieur de la chambre d'expanslon par
l l'interm~dialre d'un sas. Ces grains ont g~n~ralement une masse
; volumique comprise entre 100 et 200 g/l pour le cafe et les
melanges caf~ chicor~e et entre 80 et 150 g/l pour le th~. Selon
10 que la poudre de depart ~tait une poudre d~saromatis~e ou une
poudre normale, on aromatise les grains obtenus ou, si d~sire,
on en renforce l'arôme. A cet effet, on peut par exemple pulve-
riser sur des grains à base d'extraits de café une dispersion de
substances aromatiques du cafe dans une huile de café, ou bien
"casser le vide" dans la chambre d'expansion o~ se trouvent les
grains 3 l'aide d'une atmosphère chargée en substances aromati-
ques du caf~, notamment une atmosph~re de gaz carbonlque.
EXEMPLES
Matériel employ~ :
- 1 tremie de chargenent BUSS RT 46 d'une capacité de
''~.` 10 1.
- 1 extrudeuse BUSS A~V 46~d'un debit theorique de
20 kg/h ~ corps chauffable à la vapeur d'eau, ~quipee
d'une vis à pas fixe de 42 mm de diametre
et de 21 cm de longueur, d'un taux de compression
~gal à 1.
- 1 ch~mbre d'expansion d'une capacité de 80 1 équi-
p~e de 1 pompe à anneau liquide SIHI~
- 1 condenseur
- 1 couteau rotatif
- 1 sole vibrante refri~erable
:
~ 35 - 1 sas de sortie
-~ Tous les exemples qul suivent ont ~te realises à l'aide
de ce materiel.
marques de commerce.
- l ~
." ~ .
- .:
, ~ ~
:.
.
"~
A l'aide du mat~riel d~crit ci-dessus, l'extrudeuse étant
munie de 4 buses d'extrusion cylindriques de 2,9 mm de diamètre,
; on extrude 10 kg d'une poudre de caf~ instantané lyophilis~ ayant
une teneur en ~au de 2,5%.
Les paramètres de fonctionnement sont les suivants :
.~ - température du corps de l'extrudeuse : 95c
vitesse de la vis d'extrusion : 80 t/mn
"~
, - vitesse du couteau rotatif : 240 t/mn
; - vide dans la chamhre d'extrusion : 80 mb
- Les grains sont recueillis sur une sole vi-
brante réfrigeree à l'azote liquide avant
mise en marche.
, i
~i On obtient ainsi 9,8 kg environ de grains d'extrait de
15 café ayant la grosseur d'un petit pois, une couleur brune at-
trayante e~ une masse volumi~ue de 160 g/l. Ces grains sont pra-
tiquement instantanement solubles dans l'eau froide. Par disso-
lution de ces grains dans l'eau chaude, a raison de 15 g/1 envi-
ron, on prepare un caf~ instantan~ reconstitue qui, selon les
20 dégustateurs, n'a rien perdu de ses qualit~s organoleptiques en
comparaison avec un caf~ reconstitue à l'aide de l'extrait de
departO
` ::! 25 A ].'aide du mat~riel decrit plus haut, l'extrudeuse étant
munie d'une buse comprenant 4 orifices cylindriques de 3,5 mm
de diamatre, on extrude 10 kg d'une poudre de café instantan~
a~omisé ayant une teneur en eau de 2,5%.
Les param~tres de fonctionnement sont les suivants :
- temp~rature du corps de l'extrudeuse : 100C
vitesse de la vis d'extrusion : 60 t/mn
vitesse du couteau rotatif : 370 t/mn
-,,~ ,.~
vide dans la chambre d'extrusion : 40 mb
hes grains sont recuperes sur une sole vi-
brante ~ temperature ambiante.
,,,.. 1 ~ .
On obtient ainsi 9,8 kg environ de grains d'extrait de cafe
de couleur brune, ayant la grosseur d'un petit pois et une masse
.`' !
,.
',',', '~
....
,; ~.'~:' :
''~ '~,'',~
~'','' ~ .
- volumique de 160 g/l. Ces grains sont pratiquement ins~antan~-
ment solubles dans 11 eau froideO Par dissolution de ces grains
dans l'eau chaude, ~ raison de 15 g/l environ, on prépare un cafe
instantane reconstitu~ qui, selon les degustat~urs, n'a rien
perdu de ses qualités organoleptiques en comparaison avec un caf~
reconstitué ~ l'aide de l'extrait de départ.
' ~ ~
A l'aide du mat~riel décrit plus haut, 1 ' extrudeuse etant
10 munie d'une buse comprenant 24 orifices cylindriques de 3 mm de
diam~tre, on extrude 10 kg d'une poudre de café instantane ato-
mis~ ayant une teneur en eau de 2,7 %.
- Les parametres de fonctionnement sont les suivants :
- température du corps de l'extrudeuse : 100C
- vi~esse de la vis d'extrusion : 80 t/mn
- vitesse du couteau rotatif : 250 t/mn
- vide dans la chambre d'extrusion : 45 mb
- Les grains sont récupérés sur une sole vi-
brante à température ambiante.
on obtient ainsi 9,8 kg environ de grains d'extrait de café
: de couleur brune, ayant la grosseur d'un petit pois et une masse
volumiaue de 160 g/l. Ces grains sont aromatis~s par incorporation
de 0,5% en poids d'une émulsion comprenant 1 partie d'un conden-
sat de substances aromatiaues volatiles du café et 2 parties d'un
support constitu~ par de l'huile de café. Enfin, les grains
`~i aromatisés sont conditionn~s sous atmosphere inerte à l'intérieur
; de r~cipients étanches.
A l'ouverture des récipients, les grains degagent une
agréable odeur de cafe fraîchement torréfie. Par dissolution de
ces grains dans l'eau chaude, ~ raison de 15 g/l environ, on
`-` $ ~ obtient un cafe instantané reconstitu~ dont la qualite est relevee
par Ies dégustateurs.
Exemple 4
A ~'aide du matériel décrit plus haut, l'extrudeuse étant
~; munie d'une buse comprenant 6 orifices cylindriques de 2,8 mm
de diam~tre, on extrude 10 kg d~une poudre de the instantane
",
"~'.'
:,
,
.~, .,. ~ . ~ . .
... ~.
. : ,
.
,
~V,~
atomise ayant une teneur en eau de 3~.
` Les paramètres de fonctionnement sont les suivan~s :
r ~ ~ temperature du corps de l'extrudeuse = 105C
~' 5 - vitesse de la Vi3 d'extru.sion = 40 t/m~
i - vitesse du couteau rotatif = 550 t/mn
vide dans la chambre d'extrusion = 40 mb
~-: - Les grains sont récuperés sur une sole vibrante ,~
- temperature ambiante.
.; ~
' 10 On obtient ainsi 9,8 kg environ de grains d'extrait de the
.~ ayant la grosseur d'un petit pois, une couleur brun fonce et
une masse volumi~ue de 92 g/l. Ces grains sont pratiauement.
. instantan~ment solubles dans l'eau froide. Par dissolution de ces
grains dans l'eau chaude, a r,aison de 3,~ g/l environ, on prepare
`~ 15 un caf~,~ instantan~ reconstitué qui, selon les degustateurs, n'a
~, rien perdu de ses qualit~s organolepti~ues en comparaison avec
.. un caf~ reconstitue à l'aide de l'extrait de depart.
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