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WO 2023/156562 1
PCT/EP2023/053964
Procédé de production de produits de substitution aux produits laitiers
La présente invention concerne un procédé de production de produits de
substitution aux
produits laitiers au départ de matières premières d'origine végétale ainsi que
l'utilisation des
équipements pour la séparation solide-liquide de suspensions, pour produire
des extraits,
boissons ou produits dérivés (yaourts, crèmes, ...), encore appelés plant-
based products ,
dans l'industrie agro-alimentaire.
Introduction
Les produits de substitution aux produits laitiers sont de plus en plus
plébiscités. Durant ces
dernières années, leur consommation s'est rapidement intensifiée. Ils
répondent à des besoins
du consommateur, d'ordre éthique ou de santé, et s'inscrivent dans l'intérêt
croissant pour les
produits vegans . Ils ont des propriétés intéressantes notamment d'un point
de vue
environnemental et nutritif, par exemple pour les personnes intolérantes au
lactose ou
allergiques au lait de vache. Ils sont notamment riches en fibres et acides
gras. Voir Plant-
based milk substitutes : Bioactive compounds, conventional and novel
processes,
bioavailability studies, and health effects Journal of Functional Foods
(2020)-Elsevier; Elif
Feyza Aydar, et al.
Comme boissons de substitution au lait, il existe notamment des boissons
réalisées à partir de la
mise en suspension de matières végétales et de leurs extraits dans l'eau. On
distingue les
matières végétales suivantes :
fruits à coque : amandes, noix, noisettes, noix de cajou, noix de macadamia;
- céréales : orge, blé, épeautre, riz, avoine ;
- légumineuses : soja, pois, cacahuètes ;
noix de coco ;
- graines : tournesol, chanvre ;
- tubercules : pommes de terre, manioc,...
Les procédés de production de ces produits de substitution aux produits
laitiers peuvent être
améliorés notamment pour la séparation des fibres solubles et macronutriments,
des fibres
insolubles, communément appelées drêches ou okara .
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Etat de la technique
Pour la production de laits d'origine végétale, la séparation des fibres
solubles et des
macronutriments, des fibres insolubles est généralement réalisée avec la
technologie du
décanteur centrifuge. L'utilisation de la force centrifuge a l'avantage de
pouvoir clarifier des
suspensions de tout type, eu égard à la matière première et à son pré-
traitement. Cette technique
permet également de paramétrer le pourcentage en matières sèches dans le
produit filtré.
Le document WO 2014/123466 décrit un procédé de production d'une base liquide
d'avoine
pour utilisation comme substitut au lait ou comme additif alimentaire. Le
procédé comporte les
étapes de broyage, enzymage, séparation liquide-solide, addition
d'ingrédients, traitement
thermique, homogénéisation et emballage.
L'étape de séparation liquide-solide est réalisée à l'aide d'un décanteur,
elle peut être omise.
Le document F,P 0 731 646 131 décrit un procédé pour préparer une suspension
de céréales, en
particulier d'avoine qui comprend les étapes de broyage, mise en suspension
dans l'eau,
séparation solide-liquide éventuelle pour enlever les particules fibreuses
grossières, traitement
enzymatique, homogénéisation, stérilisation. L'étape de séparation solide-
liquide s'effectue par
centrifugation (Exemple 2) ou décantation (revendications).
Le document EP 2 476 317 décrit un procédé de production d'une boisson aux
amandes. Le
procédé comporte les étapes de séchage des amandes, broyage à sec, dispersion
de la pâte
d'amande en milieu aqueux, traitement thermique éventuel et emballage
optionnel. Aucune
étape de séparation liquide-solide n'est décrite.
Le document DE 2020211101792 Ul décrit un procédé de préparation d'un extrait
végétal
fermenté pour produits de substitution du lait. Le procédé comporte les étapes
de liquéfaction
de l'amidon contenu dans une matière végétale, en particulier de l'avoine,
avec ajout éventuel
d'enzymes ; dilution éventuelle ; séparation solide-liquide pour éliminer les
composants
insolubles ; fermentation ; puis filtration pour éliminer les levures. Dans
les exemples de
réalisation, la séparation solide-liquide est réalisée par décantation
centrifuge.
Les décanteurs centrifuges sont performants en terme de séparation solide-
liquide, ils
permettent la séparation de particules sur base de leur différence de densité
sous l'effet de la
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force centrifuge à des vitesses allant de 1500 à 10000 g (force
gravitationnelle). De ce principe
de fonctionnement résulte une consommation électrique importante. D'autre
part, les pertes en
extrait , notamment dans le résidu solide ( okara ) sont élevées. En effet,
en sortie du
décanteur, l'okara présente une humidité de l'ordre de 75 %. Ce pourcentage
d'humidité de
l'okara est donc constitué de l'extrait , qui se retrouve dans un sous-
produit et n'est pas
valorisé. Il s'agit d'une perte de rendement conséquente sur le procédé global
de fabrication.
La séparation dans un décanteur centrifuge étant en mode continu, il n'est pas
possible de
procéder à un lavage du résidu solide durant le cycle de séparation dans une
même machine.
Un lavage est possible si le résidu solide issu de la séparation est remis en
suspension dans de
l'eau, puis soumis à une seconde séparation par décantation centrifuge Ce
procédé implique
l'utilisation de deux décanteurs placés en série, ou la réutilisation du
décanteur destiné à la
séparation pour un cycle de lavage. Les deux options sont coûteuses et non
intéressantes du
point de vue temps de cycle et rendement.
Dans le domaine de la filtration, il existe différents types de filtres,
notamment des filtres-
presses dits à plateaux .
La demanderesse fournit des équipements industriels et notamment un filtre-
presse pour la
filtration de la maische de brasserie ou de distillerie et la séparation de la
drêche du moût ; le
moût clarifié servant à la fabrication d'une bière, d'un alcool ou d'un
extrait.
Les filtres-presse à plateaux sont constitués d'une pluralité de plateaux
verticaux assemblés les
uns aux autres par leur cadre périphérique. Un support filtrant, généralement
une toile souple,
est tendu sur chaque plateau de manière à délimiter, de part et d'autre du
support filtrant : une
chambre de filtration, et une chambre de récolte du filtrat. Le support
filtrant est fixé au
plateau. Au fur et à mesure de la filtration, la suspension à filtrer est
introduite dans la chambre
de filtration, un gâteau de filtration se forme sur le support filtrant et le
moût est récolté dans la
chambre de récolte puis s'écoule par les canaux de récolte.
Chaque plateau peut comporter une membrane élastomère qui permet la
compression du gâteau
de filtration grâce à l'introduction d'un fluide de compression. Ces filtres
sont aussi appelés
filtres à couches minces à membranes. Un tel filtre est par exemple décrit
dans les documents
EP 2 248 571 Al et EP 3 138 620B1.
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La présente invention a pour but de fournir un procédé de traitement de
matières premières
d'origine végétale pour la production d'une base pour produire des extraits,
boissons ou
produits dérivés (yaourts, crèmes, ...), encore appelés plant-based products
, dans l'industrie
agro-alimentaire.
Il a été découvert qu'il est possible d'améliorer le rendement de ces procédés
en utilisant un
filtre-presse, en particulier à membrane, pour l'étape de séparation solide-
liquide qui suit
l'étape de mise en suspension et d'hydrolyse éventuelle.
Un autre but est de proposer un procédé à consommation réduite en énergie
électrique et
thermique.
La présente invention a pour objet un procédé de production de produits de
substitution aux
produits laitiers qui comporte au moins les étapes suivantes :
- mise en suspension d'une matière d'origine végétale comportant des
composés à extraire;
- séparation solide-liquide à l'aide d'un filtre-presse à plateaux qui
comporte au moins des
chambres de filtration et des supports filtrants, ladite étape de séparation
solide-liquide
comportant les phases de :
o remplissage du filtre avec la suspension à filtrer ;
o filtration de la suspension et formation concomitante de gâteaux de
filtration poreux (constitué au moins en partie des éléments insolubles
contenu
dans la suspension);
o éventuellement lavage des gâteaux de filtration, afin de récupérer la
majeure
partie de l'extrait présent dans les gâteaux ;
o débâtissage ,
- homogénéisation du filtrat.
L'homogénéisation du filtrat permet d'obtenir une boisson colloïdale stable.
Les gâteaux de filtration sont principalement constitués des matières
insolubles contenues dans
la matière végétale de départ. Si la matière végétale contient peu de matière
insoluble, il est
possible d'ajouter, avant filtration, des matières insolubles supplémentaires
dans la suspension
afin d'aider à la formation des gâteaux de filtration poreux.
Les matières premières d'origine végétale sont choisies parmi les fruits à
coque tels que les
amandes, noix, noisettes, noix de cajou, noix de macadamia; les céréales
telles que l'orge, le
blé, l'épeautre, le riz, l'avoine; les légumineuses telles que le soja ; les
cacahuètes ; les noix de
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coco ; les graines telles que le tournesol, le chanvre ; les tubercules tels
que la pomme de terre
et le manioc. Ces matières contiennent pour la plupart de l'amidon.
Lors de l'étape de mise en suspension, en particulier dans l'eau, des
macromolécules comme
l'amidon et les protéines, contenues dans la matière végétale de départ sont
solubilisées voire
hydrolysées en molécules plus simples (sucres, dextrines, acides aminés,
protéines de faible
poids moléculaire, Beta-glucanes solubles etc...). Il est préférable qu'il ne
reste pratiquement
plus d'amidon résiduel dans la suspension à filtrer sinon les gâteaux et les
supports filtrants
pourraient se colmater.
Avantageusement, le ratio en poids eau/matière première est compris entre
0,5 et 6, de
1() préférence entre 1,5 et 5, et de manière encore préférée entre 2 et 4
Ce ratio pourra être adapté
en fonction des matières premières utilisées.
Pour effectuer l'hydrolyse, la suspension est portée à différents paliers de
températures avec ou
sans ajout d'enzymes. La suspension peut être chauffée de manière indirecte ou
de manière
directe par injection de vapeur dans la suspension.
Des refroidissements peuvent être intercalés entre les paliers de chauffe.
La température et le pH doivent être adaptés en fonction des matières
premières utilisées, de la
composition finale du produit souhaité et du type d'enzymes utilisées.
D'autres additifs peuvent
être ajoutés lors de la mise en suspension (calcium, acide ou base pour
modifier le pH, anti-
oxydant etc ..)
En fin d'hydrolyse, l'étape de séparation solide-liquide vise à séparer les
fibres solubles et
macronutriments, des fibres insolubles (communément appelées okara ).
Lorsque l'étape de séparation solide-liquide comporte une phase de lavage des
gâteaux de
filtration, celui-ci est effectué par pompage d'eau qui percole au travers des
gâteaux de
filtration. La température de l'eau de lavage est de préférence comprise entre
60 et 95 C, de
manière encore préférée entre 70 et 85 C.
De préférence, le filtre-presse comporte des membranes élastomères.
Dans ce cas, le procédé de l'invention comporte au moins les étapes suivantes
:
- mise en suspension d'une matière d'origine végétale comportant des composés
à
extraire;
- séparation solide-liquide à l'aide d'un filtre-presse à plateaux à membranes
qui
comporte au moins des chambres de filtration et un support filtrant, ladite
étape de
séparation solide-liquide comportant les phases de:
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o remplissage du filtre avec la suspension à filtrer ;
o filtration de la suspension et formation concomitante de gâteaux de
filtration poreux (constitué au moins en partie des éléments insolubles
contenus
dans la suspension) sur le support filtrant;
o précompression des gâteaux de filtration afin de récupérer le maximum
d'extrait
et d'homogénéiser les gâteaux ;
o lavage des gâteaux de filtration, afin de récupérer la majeure partie de
l'extrait
présent dans les gâteaux ;
o compression afin de réduire la teneur en humidité des gâteaux ;
o débâti ssage ;
homogénéisation du filtrat.
La précompression des gâteaux est réalisée par gonflage des membranes avec un
fluide de
compression. Celui-ci peut être de l'eau ou de l'air.
De manière particulière, un pré-traitement est réalisé avant la mise en
suspension. Ce pré-
traitement peut comporter une étape d'élimination partielle ou totale des
enveloppes de la
matière première d'origine végétale ; il peut comporter un trempage et/ou un
traitement
thermique par vapeur ou par chauffe indirecte. Le trempage peut être effectué
dans une eau à
température ambiante ou dans une eau chaude. La composition de l'eau de
trempage peut être
adaptée, notamment elle peut comporter des additifs, par exemple pour adapter
le pH.
Suivant les matières premières utilisées, pour des raisons de procédé ou de
qualités
organoleptique du produit fini, elles pourront être trempées, blanchies,
déshuilées, en amont du
broyage.
Selon un mode particulier de l'invention où la matière est constituée de
grains de céréale
entiers, l'élimination des enveloppes implique la soustraction de 2 à 30% en
poids de la matière
première (de préférence de 5 à 20%).
Les différentes étapes de prétraitement peuvent être interverties.
Suivant la matière première utilisée, le pré-traitement peut comporter un
broyage. Il peut s'agir
d'un broyage en voie humide ou à sec. Les broyeurs peuvent être à impact,
colloïdaux ou à
disques. Un double broyage (voie sèche et voie humide) est également possible.
Le broyage permet avantageusement d'obtenir une granulométrie comprise entre
50 !lm et
1800 nm, de préférence entre 100 j_tm et 1000 Ftm, de préférence entre 125 nm
et 500 p.m.
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Le procédé selon l'invention peut comporter également un ou des post-
traitements.
Une fois la séparation solide-liquide effectuée, le jus ou moût ou
filtrat peut être
refroidi, pour ensuite poursuivre les étapes de procédé en aval.
Pour la fabrication d'un lait végétal par exemple, il pourra subir les
étapes de formulation,
homogénéisation et traitement thermique (UHT) de stérilisation, avant
conditionnement. Des
additifs sont potentiellement ajoutés pour apporter de la consistance, des
vitamines, un effet de
couleur, de texture, de goût : sels, huile, arômes, etc...
L'homogénéisation est une étape importante qui vise à améliorer la stabilité
physique du
produit final Elle s'effectue généralement par agitation avec des mixers de
type rotor/stator
produisant un cisaillement élevé, ou bien avec des homogénéiseurs dits à
pression (pompes à
pistons à faible, haute, ultra haute pression). Le but de cette opération est
de diminuer la taille
des particules et d'améliorer la stabilité du produit final ainsi que sa
blancheur
En particulier l'agitation peut être réalisée à une vitesse comprise entre
2000 et 4000 rpm,
pendant une période de 5 à 15 min.
L'objet de l'invention est aussi l'utilisation d'un filtre-presse comportant
une pluralité de
chambres de filtration et une pluralité de supports filtrants, pour la
séparation solide-liquide
d'une suspension d'une matière première d'origine végétale comportant des
composés à
extraire.
D'autres modes avantageux sont décrits dans les sous-revendications.
La présente invention est particulièrement adaptée pour les procédés utilisant
des filtres à
couches minces, c'est-à-dire dont la couche de gâteaux de filtration est
comprise entre 20 et
100 mm, tels que le filtre presse Meura 2001.
EXEMPLE DE REALISATION
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La présente invention est maintenant décrite, à titre d'exemple, par référence
aux dessins
annexés, dans lesquelles :
la Fig. 1 représente une vue en coupe de deux plateaux support ;
les Fig. 2 à 9 représentent une vue en coupe d'un filtre-presse, comportant
cinq plateaux
support, chaque fig. représentant une étape différente du procédé de
séparation solide-liquide.
A la Fig. 2, le filtre est vide.
La Fig. 3 illustre l'étape de remplissage.
La Fig. 4 illustre l'étape de filtration.
La Fig. 5 illustre l'étape de pré-compression.
La Fig 6 illustre le début du lavage
La Fig. 7 illustre l'étape de lavage.
La Fig. 8 illustre l'étape de compression finale.
La Fig. 9 illustre l'étape de débâtissage.
La Fig. 1 illustre deux plateaux support 1 assemblés par leur cadre
périphérique. Chaque
plateau 1 comporte d'un côté une toile filtrante 2 et de l'autre côté une
membrane élastomère
flexible 3. On forme ainsi une succession de chambres de compression 4,
chambres de filtration
5 et chambres de récolte 6. Les plateaux peuvent comporter un ou plusieurs
bossages centraux
(non représenté).
La face du plateau tournée vers la toile filtrante peut comporter des plots de
drainage du filtrat.
La chambre de filtration 5 est connectée à un canal d'entrée inférieur ou
d'alimentation 7. La
chambre de récolte est connectée à un canal de récolte inférieur 8 et
supérieur 9. La chambre de
compression 4 est connectée à un canal d'alimentation en fluide de compression
10.
EXEMPLE 1
Cet exemple détaille une méthode de production de lait d'avoine à base
d'avoine crue dont une
partie des enveloppes des grains a été enlevée.
Pré-traitement des matières premières
Les grains d'avoine ont des propriétés particulières en termes de composition
et de structure ;
ils requièrent des procédés différents en comparaison des grains des autres
céréales.
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Pour la production de lait d'avoine, les grains d'avoine entiers sont
habituellement décortiqués,
leurs enveloppes étant non digestibles et peu souhaitées pour des raisons
organoleptiques du
produit fini.
Dans le cadre de la présente invention, il est cependant nécessaire de former
un gâteau poreux
pour assurer une bonne efficacité de la filtration. De plus, un lavage de ce
gâteau filtrant peut
être effectué, dans le but de récupérer un maximum d'extrait.
Un décorticage complet des grains d'avoine ne laisserait pas suffisamment de
composés
insolubles pour la formation d'un tel gâteau filtrant. Les inventeurs ont
remarque que si les
enveloppes des grains d'avoine sont complètement éliminées, la filtration peut
poser des
problèmes de colmatage
Afin d'établir un compromis entre filtrabilité de la suspension à filtrer et
qualité organoleptique
du produit, la demanderesse a procédé à un traitement des grains d'avoine
visant une
élimination partielle des enveloppes.
Différentes techniques existent pour séparer une partie voire l'entièreté des
enveloppes, avant
ou après broyage des grains entiers. Dans cet exemple, les inventeurs ont
choisi d'éliminer une
partie de la fraction des enveloppes après broyage des grains d'avoine.
Broyage
Le broyeur pilote utilisé est un broyeur à marteaux équipé d'un moteur de 9,2
kW. Le moteur
entraine ainsi quatre rangées de six marteaux. Un système de ventilation
forcée permet
d'entrainer les fines particules produites au cours du broyage et de les
piéger sur des
manchettes filtrantes en tissu afin d'éviter les risques d'explosion au sein
du broyeur.
Le tamis installé pour le broyage présente des perforations de 3 mm de
diamètre.
Après broyage, l'entièreté de la mouture est passée au travers d'un tamiseur
vibrant (Russell
Finex EcoSeparator, tamis 2 mm, 30¨) pour la séparation d'une partie des
pailles (décorticage).
La fraction la plus grossière retenue sur le tamis, majoritairement constituée
d'enveloppes, est
séparée du reste de la mouture et représente 17 % de la masse totale des
grains.
Mise en suspension (Empâtage/hydratation)
La mouture obtenue (débarrassée partiellement des enveloppes) est ensuite
entrainée par une
vis vers un hydrateur permettant son mélange avec de l'eau. La température de
l'eau
d'empâtage est fixée à 55 C, et la quantité totale d'eau est fixée de manière
à obtenir un ratio
d'eau final de 2,5 litres d'eau par kg de mouture.
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Ce ratio eau/mouture, réduit par rapport aux productions de lait d'avoine
selon l'état de la
technique, est inhérent à l'utilisation d'un filtre-presse à plateaux. En
effet, un cycle de
filtration sur filtre-presse comprend avantageusement une étape de lavage
permettant la
récupération de l'extrait contenu dans les gâteaux filtrants. La concentration
finale du jus après
séparation solide-liquide comprend donc les quantités d'eau introduites à
l'étape de mise en
suspension et à l'étape de lavage durant le cycle de filtration. Le ratio à
l'hydratation est défini
sur cette base.
Le fait de travailler avec des suspensions plus concentrées permet en outre de
réduire la
consommation d'énergie thermique relative aux étapes en amont de la séparation
liquide-solide.
Dans cet exemple, 42 kg d'avoine crue partiellement décortiquée ont été broyés
et mélangés à
105 L d'eau à 55 C, soit un ratio de 2.5L d'eau/kg de mouture d'avoine.
On estime que l'énergie thermique nécessaire à la chauffe et au
refroidissement de cette
suspension lors de l'hydrolyse est environ 30% inférieure à celle d'une
suspension ayant un
ratio d'environ 4-5L d'eau par kg de mouture d'avoine.
Après correction du pH à 6 avec de l'acide phosphorique et ajout d'une alpha-
amylase
favorisant la conversion de l'amidon en sucres simples, la suspension obtenue
est soumise à un
diagramme d'hydrolyse optimisé pour l'action de ces enzymes:
- 30 min à 75'C
- montée à 85 C.
Il s'agit ici d'un diagramme d'hydrolyse simple, d'autres recettes impliquant
d'autres enzymes
et d'autres paliers de températures peuvent bien sûr être envisagées selon la
composition
souhaitée pour le produit fini (sucres, protéines, Béta-glucanes, etc...)
La chauffe avec une augmentation de la température de 1 C/min et le maintien
en température
aux différents paliers sont assurés par injection directe de vapeur à basse
pression (système
Aflosjet de Meura) dans le produit.
On obtient alors une suspension d'avoine hydrolysée.
Séparation solide-liquide
La suspension est ensuite filtrée à l'aide d'un filtre Meura 2001 Hybrid
Micro de quatre
chambres d'une capacité nominale totale de 44 kg de malt équivalent (11 kg par
chambre). Le
cycle de filtration suit l'enchainement d'étapes suivantes :
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- Remplissage (fig. 3): la suspension est envoyée au filtre à l'aide d'une
pompe
centrifuge fonctionnant à régime constant, par les canaux d'alimentation 7, de
manière à remplir les chambres de filtration 5, en 2 à 4 minutes.
- Filtration (fig. 4) : le reste de la suspension est transféré au filtre,
l'effet filtrant étant
assuré par la formation progressive des gâteaux 11 constitués des matières
insolubles de la suspension sur les toiles de filtration 2. La suspension est
d'abord
envoyée à débit constant (7,5 L/min) jusqu'à atteindre la pression de
régulation (450
mbar) pour ensuite maintenir cette pression au sein du filtre. Le volume total
de
suspension est ainsi transféré en 21 minutes au filtre, et 71L de jus dense à
16,9 Plato sont récoltés par les canaux de récolte 8 et 9. Une unité Plato
représente
le pourcentage massique d'extrait dans le filtrat.
- Précompression (fig. 5): de l'air (450 mbar) est injecté pendant 5
minutes, par les
canaux d'alimentation 10 dans les chambres de compression 4 de chacun des
éléments du filtre de manière à précomprimer les gâteaux de filtration 11
préalablement formés. Cette étape permet de récupérer 8L supplémentaires de
jus
dense et d'homogénéiser la porosité des gâteaux pour un lavage efficace.
- Lavage (fig. 6 et 7): 65L d'eau à 85 C sont ensuite envoyés en 61 minutes
dans les
chambres de filtration 5 et passent au travers des gâteaux de filtration 11
pour
récupérer un maximum de l'extrait qu'ils contiennent. Pendant cette étape, la
densité
du jus en sortie du filtre diminue progressivement à mesure que l'eau entraine
l'extrait contenu dans les gâteaux de filtration pour aboutir à 1 à 2 P en fin
de
lavage.
- Compression finale (fig. 8): de l'air est à nouveau envoyé dans les
chambres de
compression 4 (700 mbar) pendant 5 minutes de manière à comprimer les gâteaux
11 et ainsi récupérer un maximum d'extrait tout en les asséchant pour
faciliter leur
dédrêchage. Au total, 148 L de jus d'avoine à 14,0 P auront ainsi été récoltés
en
1h34.
- Débâtissage (fig. 9) : en fin de cycle, le filtre est ouvert et les
gâteaux de filtration
(okara) à 75% d'humidité sont évacués.
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La différence essentielle de ce type de séparation comparé à une séparation
par décanteur
centrifuge ou filtre-presse à haute pression sans lavage, est que l'extrait
présent dans le gâteau
de filtration (okara) est récupéré et fait partie intégrante du produit final.
Les étapes de filtration et précompression auront permis de récolter 79L de
jus à 16,9 P, ce qui
représente 65% de l'extrait total récupéré au cours du cycle de filtration.
Les étapes de lavage
et compression finale auront permis de récupérer 35% d'extrait supplémentaire.
1() Post-traitement (Formulation et homogénéisation)
Pour obtenir un lait d'avoine, le jus récupéré à la sortie du filtre est
refroidi, puis dilué en
ajoutant de l'eau pour obtenir la concentration finale désirée, et transféré
dans une cuve
d'homogénéisation.
De l'huile de tournesol (3,3 mL/L de jus) et une solution de NaCl 20% (14
mL/kg de mouture)
sont ajoutés, et le mélange est homogénéisé. L'agitation du mélange avec un
rotor/stator
tournant à 3000 rpm (Mixturall, Boccard), durant 10 minutes a permis
l'obtention d'une
émulsion stable.
EXEMPLE 2
Ce 2' exemple détaille une méthode de production de lait d'avoine à base
d'avoine crue
ayant subi un prétraitement consistant en un décorticage partiel suivi d'un
traitement thermique
à la vapeur.
Pré-traitement des matières premières
Le prétraitement des matières premières a pour objectif d'améliorer les
qualités
organoleptiques du produit fini et se fait ici en 2 étapes distinctes
interchangeables :
1. La séparation partielle des pailles du grain, en veillant à garder une
certaine
proportion de paille nécessaire à la formation du gâteau de filtration lors de
l'étape
de séparation solide-liquide
2. Le traitement thermique des grains
Pour la première étape, l'avoine ayant la particularité d'avoir une enveloppe
facilement
dissociable de l'endosperme, celle-ci est séparée du grain au moyen d'un
décortiqueur par
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impact avant d'être éliminée par un système de séparation aérodynamique. Ceci
permet au
départ de 60 kg d'avoine crue, d'éliminer 12 kg de paille, donc 20% de la
masse totale des
grains.
Ensuite, lors de la 2 ' étape, la fraction restante, majoritairement
constitués de grains nus, va
subir un traitement thermique. En effet, étant donné sa haute teneur en
lipides, l'avoine est
particulièrement sensible à l'oxydation pouvant rendre le produit final rance
si aucun traitement
thermique n'est appliqué en amont. Dans cet exemple, le traitement appliqué
est un contact à la
vapeur de 20 minutes.
1() Broyage/hydratation
Dans ce 2' exemple, un broyage par voie humide a été appliqué. Le broyeur
pilote utilisé est
un broyeur à marteaux équipé d'un moteur de 18.5 kW. Le moteur entraine quatre
rangées de
onze marteaux. Le tamis installé présente des perforations de 3 mm de
diamètre. Un mélange
eau/grains est réalisé dans la chambre de broyage.
Le débit d'alimentation en grains est fixé à 2.4 kg/min et le débit d'eau à
4.8 L/min de manière
à atteindre un ratio d'empâtage en instantané de 2 L/kg. Les grains, encore
chaud du traitement
à la vapeur, sont broyés et empâtés simultanément avec une eau d'empâtage à 25
C, de sorte
que la température finale atteigne environ 55 C. L'eau d'empâtage contient
également les
additifs (KMS et Calcium) et enzymes (alpha-amylase 10 kg/T d'avoine)
nécessaires à
l'empâtage et à l'hydrolyse.
Un certain volume d'eau de rinçage est utilisé en fin de broyage pour
entraîner les particules
résiduelles hors de la chambre de broyage. Ce volume d'eau est fixé de manière
à atteindre un
ratio d'empâtage total de 2.3 L/kg. Ainsi 43.7 kg d'avoine prétraité ont été
mélangé à 100.6 L
d'eau.
Après broyage, la suspension ainsi obtenue est transportée en continu par
pompage depuis un
réservoir tampon jusqu'à la cuve d'hydrolyse.
Hydrolyse
Après correction du pH à 6 avec de l'acide phosphorique, la suspension,
contenant également
les enzymes favorisant la conversion de l'amidon en sucres simples, est
soumise à un
diagramme d'hydrolyse optimisé pour l'action de ces enzymes :
- Température initiale à 55 C
- 30 min à 75 C
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WO 2023/156562 14
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- montée à 85 C.
La chauffe avec une augmentation de la température de 1 C/min et le maintien
en température
aux différents paliers sont assurés par injection directe de vapeur à basse
pression (système
Aflosjet de Meura) dans le produit.
On obtient alors une suspension d'avoine hydrolysée. Un test de contrôle avec
une solution
d'iode (solution à 0.02 N à mettre en contact avec la suspension) confirme
(coloration neutre)
ou non (coloration noire/violette) la conversion de l'amidon.
Séparation solide-liquide
La suspension est ensuite filtrée à l'aide d'un filtre Meura 2001 Hybrid
Micro de quatre
chambres d'une capacité nominale totale de 44 kg de malt équivalent (11 kg par
chambre). Le
cycle de filtration suit l'enchainement d'étapes suivantes .
- Remplissage (fig. 3): la suspension est envoyée au filtre à l'aide d'une
pompe
centrifuge, par les canaux d'alimentation 7, de manière à remplir les chambres
de
filtration 5, en 2 à 4 minutes.
- Filtration (fig. 4) : le reste de la suspension est transféré au filtre.
Le volume total de
suspension est transféré en 9 minutes au filtre. La pression s'établit
progressivement
au fur et à mesure de la formation du gâteau pour atteindre 0,4 à 0,5 bar. 70L
de jus
dense à 18.8 Plato sont récoltés par les canaux de récolte 8 et 9.
- Précompression (fig. 5): l'injection d'air (350 mbar), par les canaux
d'alimentation
10 dans les chambres de compression 4 de chacun des éléments du filtre permet
de
récupérer 33 L supplémentaires de jus dense et d'homogénéiser la porosité des
gâteaux pour un lavage efficace. Cette étape dure 5 min.
- Lavage (fig. 6 et 7): 38L d'eau à 85 C sont ensuite envoyés en 14 minutes
dans les
chambres de filtration 5 et passent au travers des gâteaux de filtration 11
pour
récupérer un maximum de l'extrait qu'ils contiennent.
- Compression finale (fig. 8): de l'air est à nouveau envoyé dans les
chambres de
compression 4 (700 mbar) pendant 8 minutes de manière à comprimer les gâteaux
11 et ainsi récupérer un maximum d'extrait tout en les asséchant pour
faciliter leur
dédrêchage. La compression permet de récupérer 25 L de jus supplémentaire.
Au total, 168 L de jus d'avoine à 14,6 P auront ainsi été récoltés en 38
minutes.
La turbidité du jus est mesurée à 748 FAU et la quantité de sédiment 2g/100 g
de
jus.
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- Débâtissage (fig. 9) : en fin de cycle, le filtre est ouvert et les
gâteaux de filtration
(okara) à 58% d'humidité sont évacués.
Post-traitement (Formulation ¨ homogénéisation)
Pour obtenir un lait d'avoine, le jus récupéré à la sortie du filtre est
refroidi à l'aide d'un
échangeur à plaques, puis dilué en ajoutant de l'eau pour obtenir la
concentration finale désirée
de 13 P, et transféré dans une cuve d'homogénéisation.
De l'huile de tournesol (10 mL/L de jus) et une solution de NaCl 20% (3.7 mL/L
de jus) sont
ajoutés, et le mélange est homogénéisé. L'agitation du mélange avec un
rotor/stator tournant à
3000 rpm (Mixturall, Boccard), durant 10 minutes a permis l'obtention d'une
émulsion stable.
Avantages
Les avantages de l'utilisation du filtre à couche mince à membranes sont les
suivants :
- produire un jus clarifié en un temps de cycle optimisé ;
- récupérer la majeure partie de l'extrait issu de la suspension
hydrolysée, grâce à
l'étape du lavage des gâteaux filtrants ;
- produire un okara ayant un taux d'humidité réduit, ce qui réduit les
risques de
contamination, les coûts de transport et stockage.
L'invention a également permis d'optimiser le rendement du cycle de séparation
par rapport
aux technologies de l'état de la technique. En particulier, l'étape de lavage
permet de récupérer
la quasi-totalité de l'extrait imprégné dans les gâteaux filtrants (drêches ou
okara).
L'invention permet également de réduire les consommations électrique et
thermique du
procédé. Lorsqu'une partie de l'eau à incorporer dans le produit pour
atteindre la concentration
finale est ajoutée à l'étape de lavage, les opérations en amont du filtre
(hydrolyse) s'effectuent
à une concentration plus élevée (ratios eau/kg matière réduit) ; il s'en suit
des volumes de
suspensions moins importants à chauffer dans les cuves avant la filtration.
Un autre avantage est que le filtre-presse ne nécessite pas des moteurs
électriques à puissances
élevées comme les décanteurs centrifuges.
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