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La présente invention concerne un procédé et des appa~
reils pour la mise en oeuvre de la congélation rapide de produits
alimentaires liquides ou pâteux en vue de l'emploi industriel et
pour la fabrication de produits destinés à la consommation ména-
gere.
En l'état actuel de la technique, les produits ou li-
quides alimentaires visqueux sont congelés en récipients de volu-
me variable, depuis 250 ml, par exemple, pour les jus de fruits
concentrés jusqu'à 10 ou 20 litres pour les jaunes d'oeufs, en
containers en matière plastique ou autres matériaux, et même 30
à 50 litres pour le jus d'orange conditionné en sac plastique.
La congélation en paillettes ou plaquettes par des cy-
lindres refroidis ou des écailleuses n'est pas adaptée aux pro-
duits considérés, elle ne convient qu'aux liquides de faible vis-
cosité, comme l'eau par exemple. Les produits et liquides ali-
mentaires visqueux sont donc traités suivant la technique de con-
gélation en blocs.
La congélation en blocs des produits et liquides ali-
mentaires visqueux, selon la pratique industrielle actuelle, pré-
sente plusieurs inconvénients.
Dans tous les cas, le produit soumis au traitement decongélation est conditionné dans un emballage. Or, tout emballa-
ge est onéreux et ceci d'autant plus que le volume unitaire est
petit.
D'autre part, les congélations et décongélations sont
lentes. Ainsi, la congélation en bloc de sacs de jus d'orange de
30 à 50 litres requiert un séjour de 24 à 48 heures en chambre
froide et celle des oeufs en container environ 48 heures. Pen-
dant ces durées prolongées de congélation, les produits alimen-
taires risquent d'évoluer et de s'altérer au cours de ces opéra-
tions. Dans le cas de la décongélation, une augmentation de la
vitesse de celle-ci peut entraîner des surchauffes et provoquer
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une détérioration de la qualité du produit, par exemple, s'il
s'agit de décongeler un bloc de potage avec des moyens de cuisi-
ne usuels.
De plus, il est nécessaire de décongeler un bloc entier
; car il est difficile de le fragmenter, ce qui empêche les utili-
sations pratiques de petites quantités de produit. Pour la meme
raison, les mélanges de produits à l'état solide congelés ne sont
pas réalisables, alors que cette technique devrait pouvoir être
utilisée pour effectuer différents dosages de produits finis ou
à transformer.
I1 a été trouvé un procédé qui permet de pallier les
inconvénients de la congélation en blocs. Ce nouveaux procédé
qui conduit à l'obtention quasi-instantanée de produits congelés
en granulés est adapté aux applications industrielles et à des
fabrications pour la consommation ménagère.
La congélation rapide des produits, dans de régulières
et excellentes conditions de refroidissement, constitue une garan-
tie pour le consommateur. La présentation sous forme de particu-
les d'un produit alimentaire congelé donne la possibilité au con-
sommateur de prélever uni'quement la quantité destinée à une uti-
lisation immédiate, elle l'assure également d'une décongélation
rapide qui élimine toute altération de la qualité. Ainsi, l'uti-
; lisateur pourra prélever la quantité de jus d'orange congelé né-
cessaire à la préparation d'un verre de jus de fruit et, aussitôt
après avoir étendu d'eau, consommer la boisson prête à l'emploi.
Dans le cas de la congélation en bloc d'une boîte de jus d'orange,
le consommateur devra attendre environ deux heures avant de pro-
céder à la dilution du jus; durée normale de décongélation du
contenu d'une boîte. De même, les inconvénients de la décongéla-
tion des potages en blocs sont supprimés.
La nouvelle technique permet le mélange dans les propor-
tions désirées de différents constituants. On peut réallser des
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mélanges de jus de fruits et de concentrés et purées de plusieurs
fruits et légumes, ainsi que la confection de potages à base de
divers ingrédients.
Selon le procédé de congélation rapide de produit ali-
mentaire par mélange avec de la neige carbonique, on malaxe le
produit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige carboni-
que en excès. Selon un objet de l'invention, on forme in situ un
lit de neige de dioxyde de carbone divisé par brassage, puis on
met en présence avec ledit lit de particules de dioxyde de carbo-
ne le produit alimentaire à l'état liquide ou pâteux, divisé aucontact de la neige de dioxyde de carbone jusqu'à formation de
granules dudit produit alimentaire.
Selon un autre objet de l'invention, on malaxe le pro- -
duit alimentaire liquide ou pâteux avec de la neige de dioxyde
de carbone en excès, caractérisé en ce que l'on forme in situ
un lit de neige de dioxide de carbone divisé, on met en présence
avec ledit lit de neige de dioxyde de carbone le produit ali-
mentaire liquide ou pâteux et on malaxe le mélange au moyen
d'organes de malaxage de façon à ce que le produit alimentaire
soit divisé au contact de la neige de dioxyde de carbone et se
refroidisse rapidement, la vitesse linéaire des organes de
malaxage est comprise entre environ 0,3 et 2 mètres/seconde,
l'on malaxe jusqu'à l'obtention de granules congelés et
stabilisation de la température à des températures comprises
entre -70 et -18C, et que l'on soutire les granules ainsi
obtenues.
Suivant sa viscosité, le produit alimentaire à congeler
peut être introduit en masse et sa division s'effectue au contact
du lit de neige de dioxyde de carbone par l'effet de contact, il
30 peut également être divisé au-dessus du lit de neige carbonique. ~,
La neige de dioxyde de carbone et le produit alimentai-
B -3-
' , . .. .. : , . . '.
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re sont introduits de facon continue, tout en soutirant en même
temps, de manière continue, le produit congelé en granules et le
dioxyde de carbone gazeux provenant de la sublimation de la neige
de dioxyde de carbone.
La sublimation de la neige carbonique solide au contact
du produit liquide visqueux est très importante; la congéIation
du produit alimentaire est extrêmement rapide et le liquide ali-
mentaire nourrit les particules déjà congelées qui se trouvent
dans la zone de brassage. Le produit permet l'obtention de par-
ticules séparées en granulés de dimensions variables, le diamètre
des granulés étant compris entre 5 et 15 mm.
Le dioxyde de carbone gazeux provenant de la sublima-
tion de la neige de dioxyde de carbone peut être recyclé après
compression et liquéfaction par refroidissement puis détente.
Le temps de contact du produit à surgeler avec la neige
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de dioxyde de carbone et la vitesse de brassage sont fonction de
la taille recherchée pour les particules. Il est donc possible
de faire varier le diamètre des granules en agissant sur le temps
de contact ou sur la vitesse de malaxage: les particules sont
plus grosses lorsque le temps de contact augmente et elles sont
plus fines lorsque le brassage est plus rapide et inversement.
Avantageusement, le temps de contact est de l'ordre de quelques
minutes, de préférence compris entre l a lO minutes. Une augmen-
tation de la vitesse de malaxage de l'ordre de l à 2 a une réper-
cuss-,on sensible sur le diamètre des granules. Avec une vitesse
linéaire des organes de brassage de 0,80 mètre/seconde, on obtient
des particules de 10 à 15 mm, tandis qu'une vitesse double de
1,60 mètre/seconde conduit à des particules plus petites de 5 à
lO mm. On choisit une vitesse comprise entre 0,3 et 2 mètres/
seconde.
Les dimensions des granules sont aussi fonction de la --
viscosité du produit à congeler, les granules sont gros et irré- ~ -
guliers quand le produit a une viscos~ité élevée. Ces dimensions
sont également fonction de l'aptitude du produit à la congéla-
tion, les grains sont petits quand le produit est difficile à
congeler. Le procédé est applicahle à une gamme étendue de vis-
cosité depuis les produits aqueux à faible viscosité jusqu'aux
produits à viscosité élevée pouvant atteindre 60 poises. Lors-
que le liquide visqueux est congelé, l'échange de chaleur avec
la neige carbonique se réduit à un échange entre solides et il
est possible d'obtenir une importante différence de température
entre la neige carbonique et les grains de produit congelé. Bien
que la température de sublimation du dioxyde de carbone soit de
- 78,9C, les grains de produits alimentaires congelés, après
stabilisation de la température, peuvent être extraits à des tem-
pératures de - 70 à - 18C, par exemple, correspondant aux tempé-
ratures habituelles de conservation des surgelés.
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Le débit du produit à congeler est important et varie
en fonction de la viscosité du liquide à congeler, en diminuant
lorsque celle-ci augmente. Avec des produits aqueux, il est pos-
sible de congeler 10 litres par heure par litre de capacité de
l'appareil de malaxage, par exemple 250 litres/heure pour un ma- -
laxeur de 25 litres de capacité. Le débit important fait que
l'abrasion du produit congelé est faible pendant llopération.
La neige carbonique utilisée dans le procédé peut être
produite par détente de dioxyde de carbone liquide. La détente
fournit du dioxyde de carbone gazeux et de la neige carbonique.
On peut envisager l'utilisation du dioxyde de carbone
gazeux en circuit fermé, au moyen d'une installation de reliqué-
faction. Cette reliquéfaction se fait de manière classique par
compression en deux étages, jusqu'à 20 bars par exemple, puis re-
froidissement à -20C par une installation frigorifique classi-
que avec un fluide frigorigène tel l'ammoniac ou un hydrocarbure
fluoré.
Selon une variante de l'invention, on peut procéder à
un apport complémentaire régulé de produit à congeler. Cet ap-
point de produit est destiné à sublimer la neige de dioxyde decarbone en excès et à réchauffer la température des granules de
produit congelé avant leur extraction, il est régulé par la tem-
pérature d'extraction choisie. Cet apport de liquide à congeler
peut se faire, quand la viscosité du produit le permet, par pul-
vérisation, soit du liquide seul, soit du liquide divisé par du
gaz carbonique sous pression.
Le procédé de congélation par brassage du produit vis-
queux à congeler est mis en oeuvre au moins dans une zone.
Selon un mode avantageux, le brassage du produit se
fait dans trois zones.
Dans la première zone, dite zone de congélation, on
assure par brassage la congélation du liquide alimentaire vis-
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queux au contact de la neige carbonique. Le débit d'arrivée de
la neige carbonique dans cette première zone est régulé par la
température de la deuxième zone, la neige carbonique étant tou-
jours en excès dans la zone de congélation.
La deuxième zone est réservée à la séparation des gra-
nules congelés de taille convenable de la neige fine et des fi-
nes particules congelées. Les fines particules qui ont été sé-
parées sont renvoyées dans la zone de congélation.
Dans une troisième zone, où l'agitation est moindre que
dans la zone de congélation, on récupère le dioxyde de carbone
par sublimation de l'excès de neige carbonique et on réalise la
stabilisation dela température du produit congelé par un apport
complémentaire de produit à congeler régulé par la température
d'extraction choisie pour les granules congelés.
Il est important de créer une circulation à contre-
courant entre les petits et gros granules de produit congelé,
les petits étant renvoyés vers la zone de congélation et les gros
de taille convenable orientés vers la zone de stabilisation de la
température du produit congelé.
Le procédé de l~invention de mise en oeuvre simple et
peu coûteuse permet de surgeler en granules avec un débit horaire
élevé des produits liquides ou pâteux. Il est notamment applica-
ble à la surgélation de tous les jus de fruits et de légumes, des
pùlpes et nectars de fruits, tels pêche, cassis, abricot, gro-
seille, fraise, framboise, en vue de la préparation des glaces
et sorbets. Le procédé convient particulièrement bien à la pré-
paration de coulis et concentré de tomates, de purée de divers
légumes tels carottes, dont la pectine et la couleur se conser-
vent intactes, et épinard, oignon, ail. Le procédé donne d'ex- --
cellents résultats dans la conservation des sauces, crèmes et po-
tages ainsi que dans celle des jaunes d'oeufs pour la pâtisserie.
Le procédé est également très avantageux en conserverie et confi-
turerie alimen-
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tairespour absorber les surproductions momentanées au moment desrécoltes de légumes tels tomates et fruits par exemple.
Les appareils permettant la mise en oeuvre du procédé
peuvent être simples ou élaborés.
Selon l'invention, l'appareil pour la mise en oeuvre du
procédé de congélation rapide est caractérisé en ce qu'il comprend
un malaxeur calorifugé, semi-cylindrique horizontal équipé dans
le sens longitudinal d'un rotor muni de bras non orientés termi-
né par des palettes, fermé par un couvercle dans lequel débou-
chent une introduction du produit à congeler, un tromblon d'ali-
mentation en neige carbonique et une cheminée d'évacuation du di-
oxyde de carbone gazeux, et muni d'un orifice de sortie et de vi-
dange.
Dans les dessins annexés qui illustrent un appareil sim-
ple pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
la figure 1 représente une coupe transversale verticale
d'un tel appareil,
la figure 2 représente une coupe axiale du même appa-
reil,
la figure 3 représente, en coupe axiale, un appareil
perfectionné.
Le malaxeur selon les figures 1 et 2 comprend une auge
semi-cylindrique horizontale (1) équipée dans le sens longitudi-
nal d'un rotor (2) muni de bras non orientés (3) terminés par
des palettes (4), cet ensemble rotatif étant destiné à réaliser
le malaxage du produit alimentaire liquide ou pâteux. L'auge
est extérieurement calorifugée par une isolation (5) classique,
telle du type polyuréthane injecté.
L'appareil est fermé par le couvercle (6) dans lequel
arrive en (7) la tubulure d'introduction du produit alimentaire,
et en (8) le tromblon d'alimentation en neige carbonique, l'élec-
trovanne (9) commande l'arrivée du C02 liquide véhiculé dans la
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canalisation (10) aboutissant dans le tromblon, et la cheminée
(11) est prévue pour l'évacuation du C02 gazeux. Une ouverture
(12) est ménagée dans la paroi verticale de sortie en vue de
l'extraction du produit congelé et de la neige carbonique en ex-
cès. A la sortie de l'appareil on prévoit un crible pour récupé-
rer les produits les plus fins et la neige carbonique en excès,
en vue du recyclage dans le malaxeur. (Cette disposition n'est
pas représentée sur les figures). A la partie inférieure de l'au-
ge, la vidange (13) est destinée à l'évacuation du produit res-
tant dans l'appareil en fin d'opération.
La figure 3 du dessin annexé représente, en coupe axi-
ale, un appareil perfectionné dans lequel le malaxeur semi-
cylindrique horizontal a été allongé et séparé, d'une manière
plus ou moins nette, en zones correspondant à la variante du pro- ~ -
cédé en trois stades: congélation, séparation des particules
congelées de taille convenable et des fines de neige carbonique
et du produit congelé, sublimation de l'excès de neige carboni-
que et stabilisation de la température du produit congelé.
L'appareil comprend une grande cuve parallélipipédique
(14) couverte et calorifugée, à fond cylindrique.
Sur toute la longueur, l'appareil est équipé d'un ro-
tor (15) muni de bras (16) terminés par des palettes (17) dispo-
sées de manière telle que le mouvement du produit dans la zone
d'entrée ait peu d'orientation axiale. Dans la partie centrale
de l'appareil, les bras du rotor portent une double série de pa-
lettes, à leur extrémité une première série de palettes périphé-
riques (18), orientées de manière telle que les petites particu-
les de produit congelé soient dirigées vers la zone précédente,
et plus près du centre une seconde série de palettes (19) orien-
tées de manière telle que les grosses particules de produit con-
gelé soient dirigées dans le sens opposé vers la partie terminale
de l'appareil. Dans cette dernière zone, le nombre de bras du
rotor est réduit par rapport à la zone d'entrée, et ceux-ci ne
portent qu'une série de palettes.
Les parties centrales et terminales de l'appareil sont
partiellement séparées par une cloison (20) et sont en communica-
tion par le couloir (21) ménagé dans la cloison.
Dans la zone d'entrée, la partie supérieure de l'appa-
reil est munie des tubulures d'introduction du produit alimentai-
re (22) régulièrement réparties autour du tromblon de la neige
carbonique (23), l'électrovanne (24) commande l'alimentation en
CO2 liquide circulant dans la canalisation (25). La partie su-
périeure terminale est équipée d'un pulvérisateur (26) d'appoint
de liquide à congeler, le dioxyde de carbone gazeux sous pression
est introduit par (27), la partie supérieure centrale est munie
d'un dispositif de récupération (28) du dioxyde de carbone vers
une installation de compression et liquéfaction par refroidisse-
ment puis détente, en vue de son recyclage, non représentée sur
la figure.
Dans la paroi verticale terminale, on prévoit le sas
d'extraction (29), les palettes périphériques de la zone centra-
le orientant les particules fines vers la zone d'entrée peuventêtre remplacées par des spires de torsion appropriée.
On peut avantageusement incliner le malaxeur en suré-
levant la zone d'entrée par rapport à la sortie, afin d'assurer
l'écoulement des grosses particules de produit congelé dans le
sens d'inclinaison du malaxeur, les particules fines étant rame-
nées par les palettes périphériques vers la zone d'entrée.
En variante, il est possible d'utiliser des malaxeurs
multiples à double rotor ou quadruple rotor, les différents ro-
tors étant sur un même plan horizontal qui permettent d'augmen-
ter la capacité de production.
Les appareils doivent atre fermés et le dioxyde de car-
bone rejeté à l'extérieur par une cheminée dans le cas d'utilisa-
. g
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tion en gaz perdu, mais il est possible de maintenir une surpres- -
sion ~ans l'appareil, de sorte que les entrées d'air peuvent être
totalement évitées, ce qui est favorable à la reliquéfaction du
gaz carbonique.
Il est donné ci-après des exemples qui illustrent l'in-
vention à titre non limitatif.
EXEMPLE 1. -
Dans un malaxeur, selon la figure 3, dans lequel la
capacité de la première zone est de 25 1, on congèle du concentré
de jus de tomate à 14% de substance sèche d'une viscosité de 3
poises à 24C, selon le procédé suivant. On déverse de la neige
carbonique produite par détente et l'on brasse jusqu'à formation
; d'un lit de neige carbonique. La neige carbonique est introdui-
te à raison de 0,8 kg de neige par kg de concentré de tomate.
Puis on verse sur le lit de neige le jus de concentré de tomate
avec un débit de 200 l/h, qui se divise au contact du-lit de nei-
ge carbonique.
La vitesse linéaire des bras du malaxeur est de 1,30
mètre/seconde. La congélation est instantanée et le temps de sé-
jour dans la zone de congélation est de l'ordre de 6 minutes.Les granules de 10 à 25 mm, les fines de neige et de produit sont
dirigés vers la æone de séparation où la température est de l'or-
dre de -50C. Les palettes extérieures renvoient les fines in-
~érieures à 10 mm vers la zone de congélation, tandis que les
palettes centrales dirigent les granules de taille convenable
10 à 25 mm vers le couloir de communication avec la zone de sta-
bilisation de température. On procède à une injection complé-
mentaire du pulvérisateur, avec un débit de 10 l/h. La tempéra-
ture des grains se stabilise à -20C et lQon procède à l'extrac-
tion du produit congelé. Le dioxyde de carbone gazeux est recy-
clé après compression et liquéfaction.
EXEMPLE 2.
Dans un malaxeur du type 1 de 25 litres de capacité,
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on congèle de la purée d'épinard de viscosité 40 poises à 15C,
dans les conditions suivantes:
On déverse de la neige carbonique dans le malaxeur et
l'on brasse jusqu'à formation d'un lit de neige carbonique. La
neige carbonique est introduite à raison de 0,8 kg de neige par
kg de purée d'épinard. Puis on verse sur le lit de neige la pu-
rée d'épinard à 15C avec un débit de 150 kg/heure, elle se di-
vise au contact du lit de neige.
La vitesse linéaire des bras du malaxeur est de 1,90
mètre/seconde. La congélation est instantanée et le temps de
séjour dans la zone de congélation est de llordre de 8 minutes.
La neige carbonique extraite du malaxeur avec la purée d'épinard
congelée est de plus petite taille et plus friable de sorte que
l'on sépare par tamisage les granules d'épinard congelé de 6 à
10 mm et réintroduit la neige fine et les petits grains d'épi-
nard dans le malaxeur. La neige est réutilisée et les petits
grains grossissent par apport de purée d'épinard qui se congèle
à leur surface. Comme précédemment, on travaille en circuit fer-
mé et le dioxyde de carbone est récupéré et recyclé après reli-
quéfaction.
