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CA 02441894 2003-09-19
WO 02/076851 PCT/FR02/01008
DISPOSITIF GENERATEUR DE VAPEUR D'EAU POUR LE CHAUFFAGE DE DENREES DANS UN
FOUR
A MICRO-ONDES
« Dispositif générateur de vapeur d'eau apte à être introduit dans un
conditionnement pour le chauffage de denrées notamment aux micro-
ondes et conditionnement renfermant un tel dispositif »
La présente invention concerne un dispositif générateur de
s vapeur d'eau plus spécialement destiné à étre introduit dans un condi-
tionnement pour le chauffage ou la cuisson notamment aux micro-ondes
de denrées alimentaires.
Depuis leur apparition sur Ie marché, Ies fours à micro
ondes sont très appréciés par les consommateurs et nombreux sont les
1o foyers qui en possèdent un.
Les fours à micro-ondes ont pour avantage essentiel de
permettre une cuisson ou un réchauffage très rapide des denrées alimen-
taires vu que les couches internes de celles-ci captent directement
l'énergie électromagnétique rayonnée et que cette énergie est disponible
15 immédiatement, sans nécessiter de temps de latence pour la montée en
température du four.
Toutefois, le contrôle du profil thermique dans un milieu
chauffé par micro-ondes est complexe car il y a des interactions entre les
champs thermiques et les champs électromagnétiques, ainsi qu'une in-
2o fluence de l'enceinte du four, du produit introduit dans celle-ci et du
géné-
rateur ; par suite un chauffage aux micro-ondes ne peut pas dans la
pratique permettre d'obtenir une qualité de cuisson comparable à celle
obtenue dans un four traditionnel.
En effet, dans ce dernier type de four, l'élévation de la tem
25 pérature est consécutive à des phénomènes de rayonnement infrarouge,
de conduction et de convection, et l'énergie thermique absorbée par les
couches superficielles du produit alimentaire à chauffer diffuse vérs les
couches internes de celui-ci.
Ces transferts thermiques sont en règle génërale peu rapi-
3o des (quoique pouvant être accélérés dans les liquides par la présence de
courants de convection) et le chauffage des produits est par suite lent
mais uniforme.
Au contraire, du fait de sa rapidité le chauffage par micro-
ondes entraîne une hétérogénéité thermique consécutive à une répartition
35 non uniforme de l'énergie dissipée et absorbée dans le produit chauffé qui
ne peut être compensée au cours du chauffage par la diffusion de la cha-
leur.
Or, il en résulte deux inconvénients majeurs.
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Le premier de ces inconvénients est lié au fait que la source
de chaleur est constituée par le produit alimentaire lui-même ; par suite
l'échauffement de ce produit est plus important dans ses couches internes
qu'à sa surface, de sorte que la région centrale de celui-ci est souvent trop
chaude et desséchée.
Le second inconvénient est lié au fait que la répartition hé-
térogène des ondes électromagnétiques conduit à la présence de points
chauds » et de points « froids » dont la distribution, très variable, dépend
à la fois du four (dimensionnement de la cavité, structure et positionne
1o ment de l'élément rayonnant, ...) et du produit à chauffer (composition,
température, forme, volume, conditionnement, position dans le four, ...).
L'instabilité du chauffage dans un four à micro-ondes est
également consécutive à des phénomènes de couplage entre le produit
alimentaire à chauffer, la cavité du four et le générateur.
La puissance effectivement absorbée par ce produit dépend
en effet de la charge représentée par l'ensemble constitué par celui-ci et
l'enceinte du four, qui agit sur la réflexion des ondes vers le générateur et
sur la puissance émise par ce dernier.
Or, cette charge varie pendant le chauffage, et par suite la
2o puissance absorbée par le produit à chauffer ne peut pas être fixée pen-
dant toute la durée de celui-ci.
La thermique des micro-ondes se distingue en outre de la
thermique classique par l'inversion du gradient thermique dans la masse
du produit chauffé qui entraîne une inversion du sens de migration de
l'eau ; or, comme c'est le produit alimentaire qui chauffe le four, l'eau pré-
sente toujours des difficultés à s'évaporer de sorte que la périphérie de ce
produit reste toujours humide alors que sa partie interne se dessèche.
Pour remédier à ces inconvénients et améliorer la qualité et
l'efficacité du chauffage par micro-ondes, les spécialistes ont déjà eu l'idée
3o de chercher à transformer une partie notable de l'énergie électromagnéti-
que rayonnée en énergie thermique, ce sans nuire à la rapidité du traite-
ment.
Il est en effet bien connu que les denrées humides sont
d'excellents convecteurs d'énergie du fait de la valeur élevée de leur per-
mittivité.
Cependant, la transformation rapide de l'énergie électroma-
gnétique en énergie thermique au sein d'un produit alimentaire très riche
en eau conduit très souvent du fait de la vaporisation de cette eau à des
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modifications importantes et à une altération de sa structure, notamment
à une variation nuisible de sa consistance.
Pour produire de la vapeur d'eau sans altérer la structure
des produits alimentaires à chauffer, on a eu l'idée d'apporter de l'eau
supplémentaire dans l'enceinte du four notamment en y introduisant un
verre d'eau : l'eau contenue dans ce verre peut en effet absorber les ondes
électromagnétiques émises par le générateur et les transformer en vapeur
capable de transférer l'énergie reçue aux denrées présentes dans le four.
Une telle introduction d'eau dans l'enceinte d'un four à
1o micro-ondes est cependant impossible lorsque le produit alimentaire doit
être chauffé directement dans le conditionnement dans lequel il est propo
sé à la vente par son industriel fabricant.
Or, de nombreuses denrées alimentaires sont actuellement
vendues dans des conditionnements unitaires en particulier réalisés au
moins partiellement à partir de films plastiques et destinés à être directe
ment placés dans un four à micro-ondes et les produits ainsi conditionnés
sont de plus en plus appréciés par les consommateurs.
Pour résoudre ce probléme, on a déjà proposé de condition
ner des denrées alimentaires dans des barquettes semi-rigides fermées par
2o un film plastique et équipées d'un double fond délimitant une chambre
d'humidification communiquant avec les denrées alimentaires par des
perforations et renfermant un tampon imbibé d'eau.
Malgré ses avantages indéniables un tel conditionnement
présente un certain nombre d'inconvénients liés en particulier à la pré
sence du tampon imbibé d'eau qui fait que
- il ne peut pas correspondre à un emballage entièrement réalisé en un
film plastique souple mais doit obligatoirement être constitué par une
barquette semi-rigide,
- la barquette doit être modifiée pour permettre la mise en place du tam
3o pon (ajout d'un double fond et mise en place du tampon dans la cham
bre d'humidification délimitée par celui-ci) ;
- le tampon doit être placé dans la barquette lors de la fabrication de
celle-ci ;
- le tampon ne peut absorber qu'une quantité d'eau limitée.
La présente invention a pour objet de remédier à ces in-
convénients en proposant un dispositif générateur de vapeur d'eau pou-
vant être introduit dans des conditionnements de type quelconque en
même temps que les denrées alimentaires à conditionner, et parallèlement
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susceptible d'emprisonner une quantité d'eau très importante pouvant
être restituée par simple chauffage sous forme de vapeur d'eau.
Ce dispositif est caractêrisé en ce qu'il est constitué par un
emballage, en particulier par un sachet réalisé en un matériau au moins
partiellement poreux à la vapeur d'eau contenant un gel susceptible
d'absorber rapidement les micro-ondes, ce gel renfermant une partie pon-
dérale d'hydrocolloïde, correspondant à sa forme sèche, pour au moins
parties pondérales d'eau.
Il est bien connu des spécialistes et en particulier mention-
1o né dans le Dictionnaire de la chimie et de ses applications de C et R
DUVAL qu'un gel est une masse visco élastique formée à partir de certai-
nes suspensions colloïdales.
Dans le cadre de cette description on entend par convention
par hydrocolloïde Ia forme sèche d'un tel gel.
i5 L'hydrocolloïde est donc capable de fixer une quantitë im-
portante d'eau sous la forme d'un gel et de la restituer sous la forme de
vapeur suite à l'échauffement provoqué en particulier par des micro-
ondes.
Selon une autre caractéristique de l'invention la viscosité de
2o ce gel est au moins égale à 2 à 3 10-1 Pa.s.
Il est à noter que la formation du gel est consécutive à une
réaction physique permettant de retenir l'eau au sein d'un réseau tridi-
mensionnel formé par les molécules d'hydrocolloïde.
L'eau perd par suite toute liberté et est donc emprisonnée et
25 pour ainsi dire « masquée » par le réseau tridimensionnel.
Ceci correspond à un phénomène essentiellement différent
d'une simple absorption par laquelle l'eau imprègne un tampon similaire à
un buvard et peut être restituée sous l'action d'une pression minime.
Conformément à l'invention, iI est avantageux de choisir la
3o concentration de l'hydrocolloïde au sein du gel de façon à se trouver aussi
loin que possible de la limite de saturation et à éviter autant que possible
Ie relargage, permettant ainsi d'améliorer le pouvoir de rétention de l'eau.
Il est à noter que le dispositif conforme à l'invention s'il est
tout particulièrement adapté au chauffage ou à la cuisson dans un four à
35 micro-ondes peut également être introduit dans un conditionnement pour
le chauffage de denrées alimentaires au moyen d'un four thermique ...
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Selon une première variante de l'invention, l'hydrocolloïde
peut être choisi parmi des molécules naturelles telles qu'alginates, carrag-
hénanes ou gomme guar.
Selon une seconde variante de l'invention I'hydrocolloïde
5 peut être choisi parmi les dérivés cellulosiques tels que la carboxyméthyl
cellulose ou l'éthylcellulose.
Selon une troisième variante de l'invention l'hydrocolloïde
peut être choisi parmi les super absorbants de synthèse, tels que les sels
d'acides polyacryliques qui absorbent au moins 7 fois plus d'eau au
1o gramme que des buvards et jusqu'à environ au moins 50 fois leur poids
d'eau.
Le super absorbant pouvant être mis en aeuvre conformé
ment à l'invention, correspond à un composé réticulê ayant une granulo
métrie variable pouvant être située dans une plage allant du micromètre à
plusieurs millimètres.
L'eau ajoutée à cet hydrocolloïde pour permettre la forma-
tion du gel peut le cas échéant être une eau de source, en particulier dans
le cas de l'utilisation d'un hydrocolloïde naturel, notamment lorsque la
qualité de l'eau disponible sur les lieux d'emballage du produit alimentaire
2o est discutable, et inapte à rassurer les consommateurs.
Cette eau peut en outre le cas échéant et sans pour cela
sortir du cadre de l'invention être additionnée d'ingrédients tels que par-
fums, arômes, ou extraits naturels volatils susceptibles de présenter des
activités diverses sur la saveur ou la conservation du produit alimentaire
(bactériostatiques ou fongistatiques ; huiles essentielles ou oléorêsines) ou
sur la santé et le bien être des consommateurs.
Bien entendu, la quantité de gel contenue dans le sachet
est dans chaque cas fonction de la quantité de vapeur d'eau souhaitée et
de la durée de production de cette vapeur recherchée.
3o Selon l'invention, Ia porosité du sachet doit être suffisante
pour permettre l'évacuation rapide de la vapeur d'eau engendrée sous
l'effet des micro-ondes, sans risque d'éclatement de ce sachet.
A cet effet, cette porosité doit en règle générale étre supé-
rieure à 1 500 ml/minute mesurée au porosimètre Bendtsen.
Il est en outre nécessaire de s'assurer que le matériau
constitutif du sachet résiste à la température consécutive à l'échauffement
du gel sous l'action du rayonnement micro-ondes.
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Selon l'invention, ce matériau peut à titre d'exemple être
constitué d'un matériau non tissé notamment à base de polyéthylène ou
mieux de polypropylène.
Dans le cas d'une membrane en polypropylène non tissé ou
d'une membrane non hydrophile ce matériau peut être traité par adjonc-
tion d'une substance tensioactive agréée pour le contact alimentaire, no-
tamment de la famille des dérivés siliconés, à titre d'exemple de
polydiméthylsiloxanes, ce de façon à la rendre hydrophile et à accélérer le
transfert d'eau.
1o Selon l'invention, il est avantageux que le dispositif généra-
teur de vapeur d'eau puisse, après la phase de production de vapeur, ré-
absorber les condensats formés lors du refroidissement et également les
exsudats produits par le produit alimentaire ayant été traité dans le four à
micro-ondes.
A cet effet, il est bien entendu indispensable que le sachet
ne soit pas étanche à l'eau et ne présente par lui même un caractère ab-
sorbant.
Dans ce cas, il convient d'utiliser préférentiellement, en tant
qu'hydrocolloïde un super absorbant tel que des sels d'acides polyacryli-
2o ques, dans une qualité apte au contact alimentaire.
Pour optimiser la réabsorption de l'eau condensée et des
exsudats, il est possible, conformément à une autre caractéristique de
l'invention que le sachet comporte une membrane extérieure en un maté-
riau hydrophile.
A titre d'exemple, le sachet peut être réalisé à partir d'un
papier contre collé sur un film perforé soudé sur lui-même, le papier étant
placé à l'extérieur du sachet.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de
l'invention, le sachet peut également être réalisé en un complexe soudé
3o sur lui même constitué par une face externe en un matériau non hydro-
phile perforé et par une face interne en un matériau hydrophile notam-
ment constitué par un non tissé.
Cette confirmation présente l'avantage de permettre
d'obtenir un sachet dont la face externe est moins sënsible aux risques de
souillure au contact des aliments.
De plus le matériau non hydrophile peut être translucide et
imprimé sur sa face interne en contact avec le matériau hydrophile.
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A titre de premier exemple, on a pu établir qu'un sachet de
format 120 x 80 mm formé d'un papier 30 g/ m2 contrecollé sur un film de
polypropylène perforé thermosoudé sur lui-même contenant d'une part 2 g
de super absorbant constitué de polyacrylate de sodium et d'autre part
20 g d'eau peut dégager environ 5 litres de vapeur par minute d'exposition
dans un four à micro-ondes (750 W) pendant 5 minutes.
Après avoir perdu la quasi-totalité de son eau sous l'effet du
chauffage par micro-ondes, un tel sachet est capable de réabsorber jus-
qu'à 60 g d'eau condensée et d'exsudats.
1o A titre de deuxième exemple, on a pu établir qu'un sachet
de format 80 x 80 mm, formé d'une part de deux feuilles associées par
thermosoudage à leur périphérie, à savoir une feuille en un matériau im-
perméable à la vapeur d'eau revêtue d'une couche de polypropylène sou-
dable sur sa face interne et une feuille en un matériau non tissé en
polypropylène 75 g/m2 et contenant d'autre part 1,5 g de super absorbant
constitué de polyacrylate de sodium, peut ainsi absorber, au contact de
l'eau, par la feuille réalisée en polypropylène, au moins 40 g d'eau en
quelques secondes.
Cette quantitë d'eau peut étre restituée par chauffage à titre
2o d'exemple aux micro-ondes.
A titre de troisième exemple, on a pu établir qu'un sachet de
format 80 x 80 mm, réalisé d'une part en un complexe soudé sur lui
même constitué par une face externe en polyéthylène perforé contrecollée
sur une face interne en un matériau non tissé en polypropylène et conte-
nant d'autre part 1,S g de super absorbant constitué de polyacrylate de
sodium, peut ainsi absorber, au contact de l'eau chaude, au moins 40 g
d'eau en quelques dizaines de secondes.
Cette quantité d'eau peut être restituée par chauffage, à ti-
tre d'exemple aux micro-ondes.
3o A titre de quatrième exemple, on a étudié Ie pouvoir de ré-
tention d'un dispositif générateur de vapeur d'eau conforme à l'invention.
A cet effet, on a réalisé des sachets de format 80 x 80 mm
en un complexe soudé sur lui même constitué par une face externe en
polyéthylène téréphtalate (PET) perforé et par une face interne en un ma-
tériau hydrophile non tissé en PET/polyéthylène (PE) constitué lui-même
de fibres courtes bicomposant (PET au coeur et PE en surface) associées
entre elles par liage thermique pour former un voile de 35 g par m2.
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Le film perforé externe en PET est imprimé sur la face en
contact avec le matériau non tissé sur lequel il est contrecollé.
On a introduit 20 g d'eau dans un sachet ainsi réalisé et
constaté que celui-ci fuit goutte-à-goutte sans contrainte autre que son
propre poids.
On a en outre placé un tel sachet sous une charge de 1 kg
et constaté que celui-ci se vide en quelques secondes.
On a ensuite introduit dans un sachet similaire 1,5 g de
super absorbant constitué par du polyacrylate de sodium.
1o On a constaté qu'un tel sachet peut absorber 40 g d'eau
chaude à 60°C en 10 secondes et 60 g d'eau chaude à 60°C en
17 secondes.
On a constaté qu'un sachet contenant 60 g d'eau et 1,5 g de
super absorbant ne fuit pas et reste parfaitement sec.
Cependant, lorsque le sachet est placé sous une charge de
1,15 kg, l'eau perle au niveau des perforations du PET.
On a parallèlement constaté qu'un sachet contenant 40 g
d'eau et 1,5 g de super absorbant ne fuit pas et reste parfaitement sec
méme sous une charge de 1,15 kg, ainsi que sous des charges de 1,9 et
3,8 kg.
En revanche, lorsqu'il est placé sous une charge de 5,3 kg,
Ie sachet devient humide, et lorsqu'il est placé sous une charge de 20 kg
l'eau perle au niveau des perforations du PET.
L'invention concerne également un conditionnement pour le
chauffage ou la cuisson notamment aux micro-ondes de denrées alimen
taires caractérisé en ce qu'il renferme des denrées alimentaires ainsi qu'un
dispositif générateur de vapeur d'eau du type susmentionné.
Ce conditionnement peut bien entendu être quelconque,
notamment être constitué par une barquette en un matériau rigide ou
3o semi rigide sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de
l'invention, un tel conditionnement est toutefois constitué par un film de
préférence thermorétractable.
Selon une autre caractéristique de l'invention le film est ré-
alisé dans une matière plastique transparente aux micro-ondes.
Lorsqu'un tel conditionnement réalisé avec un film thermo-
rétractable est introduit dans un four à micro-ondes le rayonnement élec-
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tromagnétique entraîne une importante augmentation de la pression ré-
gnant au sein de celui-ci.
Cette augmentation est consécutive d'une part à la produc
tion de vapeur d'eau et d'autre part à la réduction du volume lié à la ré
traction du film.
Or, celle-ci a pour corollaire une élévation de la température
de la vapeur, donc de son efficacité thermique, permettant ainsi d'obtenir
en quelque sorte un effet « cocotte-minute ».
L'emballage peut également intégrer une valve ou, par
1o exemple, une pré-découpe, permettant d'éviter son éclatement à une sur
pression trop élevée.
Il est à noter que dans ce cas, la porosité du sachet renfer-
mant le gel peut étre réduite à quelques 10 à 50 ml par minute mesurés
au porosimètre Bendtsen : en effet, la réduction du volume du condition-
nement renfermant la denrée entraîne une augmentation rapide de la
pression au sein de celui-ci qui a pour effet de compenser la pression in-
terne du sachet et ainsi d'éviter son éclatement.
Il est à noter que ce conditionnement, conforme à
l'invention peut s'adapter à une large gamme d'applications notamment
2o au blanchiment, à la pré cuisson ou à la cuisson de fruits ou de légumes
frais ou encore de céréales et de plats préparés, et au réchauffage de pro-
duits conservés en froid négatif non seulement au moyen d'un four à
micro-ondes, mais également au moyen d'un four thermique...
Il est par ailleurs à noter que les fours à micro-ondes ac
tuellement proposés dans le commerce peuvent avoir deux fréquences
différentes.
La fréquence des fours à micro-ondes ménagers est en effet
de 2 450 MHz tandis que la fréquence des fours à micro-ondes industriels
est de 915 MHz.
3o Ces derniers fours à micro-ondes qui sont en particulier
utilisés dans l'industrie alimentaire pour la mise en oeuvre de processus
de dëcongélation (tempérage) ont une pénétration nettement supérieure.
Ils ne peuvent toutefois pas être utilisés sans autorisation
particulière.
Or, un autre avantage de l'invention est lié au fait qu'elle
permet de réaliser avec des fours ménagers classiques des opérations tel-
les que la décongélation de gros blocs de produits alimentaires qui ne
pouvaient jusqu'alors être effectuée qu'avec des fours industriels.
