FR2875589A1 - Procede de production en continu d'un produit en poudre a partir du produit a l'etat liquide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de production en continu d'un produit en poudre, notamment du lait en poudre, à partir du produit à l'état liquide, dans lequel on effectue une étape d'évaporation sous vide (E1) du mélange à l'état liquide pour obtenir le produit à l'état visqueux, on réalise au moins une étape de séchage (E2, E3) du produit à l'état visqueux pour obtenir le produit sous forme solide, et on effectue une étape (E4) de mise en forme du produit solide pour obtenir le produit en poudre.Selon un aspect de l'invention, ladite étape de séchage (E2, E3) comprend au moins une première étape de traitement thermomécanique (E2) au moyen d'une machine de traitement thermomécanique dans laquelle on injecte simultanément le produit à l'état visqueux provenant de l'étape d'évaporation sous vide et une proportion déterminée de produit en poudre recyclée après l'étape de mise en forme.

Description

La présente invention concerne un procédé de préparation en continu d'un

produit en poudre à partir du produit à l'état liquide se présentant sous la forme d'un mélange du type solution, suspension ou émulsion en milieux aqueux.

L'invention concerne en particulier un procédé de préparation en continu de lait en poudre à partir de lait liquide et un lait en poudre obtenu par un tel procédé.

De manière classique, le lait en poudre est obtenu industriellement en effectuant diverses opérations qui permettent à partir de lait liquide ayant généralement une concentration en matière sèche d'environ 12%, d'obtenir un lait en poudre ayant une concentration en matière sèche de l'ordre de 96 à 97% sans dégrader les propriétés nutritionnelles et fonctionnelles du lait. Compte tenu de la thermo-sensibilité du lait, l'opération exige des conditions de séchage particulières qui sont notamment l'application d'une température faible dans les opérations d'évaporation et concentration du lait liquide et le recours à des temps de séjours courts lors du passage de l'état liquide à l'état solide.

De plus, le lait en poudre qui en résulte doit être rapidement et totalement réhydratable.

Jusqu'à présent, le séchage du lait comporte plusieurs opérations successives, à savoir: - une opération d'évaporation sous vide du lait à l'état liquide ayant une concentration initiale en matière sèche d'environ 12% pour obtenir une concentration comprise entre 50 et 60% de matière sèche; - une opération de séchage par atomisation du lait issu de l'opération précédente et dans laquelle le lait est pulvérisé en très fines gouttelettes qui sont mises en contact direct avec de l'air chaud. Cette opération permet d'obtenir du lait en poudre dont la teneur en matière sèche est de l'ordre de 82%; - une opération de séchage terminal en lit fluidisé pour atteindre la teneur finale en matière sèche d'environ 96 à 97% ; et - un broyage et un tamisage pour calibrer la poudre de lait avant son conditionnement.

Cette technique de fabrication de lait en poudre utilisée jusqu'à présent comporte des inconvénients.

En effet, le séchage par atomisation a un coût élevé notamment en investissement et en consommation énergétique. La consommation énergétique est de l'ordre de 2,6 à 2,8 kg de vapeur et 0,8 kW par kg de lait en poudre produit si bien que cette opération est de loin la plus grande consommatrice d'énergie pour l'ensemble du procédé, avec environ 70% de l'énergie thermique et environ 40% de l'énergie électrique.

De plus, même si le séchage par atomisation peut être appliqué à différentes compositions de lait, y compris les produits succédanés du lait en poudre, cette technique n'autorise pas le traitement de lait liquide enrichi en ingrédients vaporisables tels que des arômes par exemple qui seraient éliminés lors du séchage si bien que le développement et la production de produits nouveaux comme par exemple du lait vitaminé ou du lait aromatisé n'est pas envisageable par le séchage par atomisation.

L'invention a pour but de proposer un procédé de production en continu d'un produit en poudre à partir du produit à l'état liquide se présentant sous la forme d'un mélange du type solution, suspension ou émulsion en milieux aqueux, dans lequel: - on effectue une étape d'évaporation sous vide du mélange à l'état liquide pour obtenir le produit à l'état visqueux, - on réalise au moins une étape de séchage du produit à l'état visqueux pour obtenir le produit sous forme solide, et - on effectue une étape de mise en forme du produit solide pour obtenir le produit en poudre, caractérisé en ce que ladite étape de séchage comprend au moins une première étape de traitement thermomécanique au moyen d'une machine de traitement thermomécanique dans laquelle on injecte simultanément le produit à l'état visqueux provenant de l'étape d'évaporation sous vide et une proportion déterminée de produit en poudre recyclée après l'étape de mise en forme, la machine de traitement étant configurée pour mélanger le produit à l'état visqueux et le produit en poudre pour obtenir des pellets de produit solidifiés au contact de l'air ambiant.

Selon des modes de mise en oeuvre particuliers, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles: - à l'issue de l'étape d'évaporation sous vide, le produit à l'état visqueux présente une concentration en matière sèche comprise entre 55 et 75%, de préférence entre 55 et 70% ; - l'étape d'évaporation comprend une première étape d'évaporation à l'issue de laquelle la concentration en matière sèche est comprise entre environ 50 et 55%, et une seconde étape d'évaporation à l'issue de laquelle la concentration en matière sèche est comprise entre environ 70 et 75% ; - à l'issue de l'étape de séchage, le produit sous forme solide présente une concentration en matière sèche d'environ 96 à 97% ; - outre la première étape de traitement thermomécanique, l'étape de séchage comprend une deuxième étape de séchage des pellets obtenus à l'issue de l'étape de traitement thermomécanique; - la deuxième étape de séchage des pellets est une étape de séchage en lit fluidisé de ces pellets; - après ou pendant cette deuxième étape de séchage, on enrobe les particules de produit en poudre d'un revêtement extérieur, par exemple à l'aide de lécithine; - les pellets présentent à l'issue de l'étape de traitement thermomécanique une concentration en matière sèche variant entre 78 et 84% et de préférence de l'ordre de 84% ; - le rapport entre le débit massique de produit en poudre recyclé et le débit massique de produit à l'état visqueux introduit dans la machine de traitement thermomécanique est compris entre 0,25 et 2,50 et de préférence entre 0,70 et 1,30; - au cours de l'étape de traitement thermomécanique, on réalise un dégazage sous pression atmosphérique ou sous vide; - au cours de l'étape de traitement thermomécanique, on injecte un gaz inerte dans la machine de traitement thermomécanique; - on réalise l'étape de traitement thermomécanique du produit à l'état visqueux en introduisant le produit à l'état visqueux et le produit en poudre dans une machine d'extrusion à deux vis co-rotatives; - on réalise l'étape de traitement thermomécanique en introduisant le produit à l'état visqueux et le produit en poudre dans un malaxeur, ou un pétrisseur, ou un mélangeur et/ou une machine d'extrusion à une vis; - le produit en poudre recyclé contient environ 97% de matière sèche; et - le produit à l'état liquide présente initialement une concentration en matière sèche de l'ordre de 12% ; - le produit à l'état liquide est du lait liquide, ce par quoi on obtient à l'issue du procédé du lait en poudre; - le produit à l'état liquide est un produit amylacé, natif ou modifié (physiquement et/ou chimiquement) à base de farines de céréales (blé, avoine, maïs, orge, etc...), de farine de pomme de terre, de granules de pomme de terre, de flocons de pomme de terre, et/ou de farine de tapioca, le produit étant initialement sous la forme d'un mélange du type solution, suspension ou émulsion en milieux aqueux, ce par quoi on obtient à l'issue du procédé le produit sous forme pulvérulente; - le produit à l'état liquide est un produit protéinique, natif ou modifié (physiquement et/ou chimiquement), choisi parmi la caséine du lait, le gluten du blé, la zéine du maïs, les protéines de soja, les protéines de légumineuses, en particulier de pois, et/ou les protéines d'oléoprotéagineux, en particulier de tournesol ou de colza, le produit étant initialement sous la forme d'un mélange du type solution, suspension ou émulsion en milieux aqueux, ce par quoi on obtient à l'issue du procédé le produit sous forme pulvérulente; - le produit à l'état liquide est un co-produit/sous-produit de fractionnement du lait, obtenu par fractionnement du lait par centrifugation, filtration, nanofiltration, ultrafiltration, et/ou osmose inverse.

L'invention concerne également du lait en poudre obtenu par un procédé tel que défini ci-dessus.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est un organigramme montrant les différentes étapes d'un procédé de production de lait en poudre conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en coupe dans un plan vertical passant par l'axe d'une vis d'une machine d'extrusion utilisée dans un mode de mise en oeuvre du procédé de production conforme à l'invention, - la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig. 2, - la Fig. 4 est une vue en coupe d'une machine de traitement thermomécanique du type mélangeur, malaxeur ou pétrisseur, et - la Fig. 5 est un organigramme analogue à celui de la Fig. 1, montrant les étapes d'un procédé selon une variante de mise en oeuvre.

Ainsi que montré sur l'organigramme de la Fig. 1, du lait liquide ayant généralement une concentration en matière sèche de l'ordre de 12% est tout d'abord traité au cours d'une première étape El d'évaporation sous vide pour obtenir un lait à l'état visqueux ayant une concentration en matière sèche comprise entre 55 et 70%. De manière classique, au cours de cette étape El, le lait liquide est par exemple porté à ébullition à une température élevée, inférieure à 100 C, et à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Cette évaporation sous vide permet de ne pas dégrader le lait.

A la suite de cette première étape de traitement, le lait à l'état visqueux subit au moins une étape de séchage et de préférence dans le procédé selon l'invention deux étapes de séchage E2 et E3 successives, pour obtenir un lait sous forme solide avec une concentration en matière sèche d'environ 96 à 97%, puis une étape E4 de mise en forme du lait solide pour obtenir le lait en poudre.

En se reportant maintenant à la Fig. 2 on va décrire l'étape de séchage qui comprend une première étape E2 de plastification-concentration du lait dans une machine d'extrusion à deux vis co-rotatives et désignée dans son ensemble parla référence 10.

La machine d'extrusion 10 est du type à deux vis co-rotatives et copénétrantes et comprend deux vis 11 et 12 entraînées en rotation autour de leurs axes par un moteur et un réducteur, non représentés, à l'intérieur d'une enceinte allongée formant un fourreau 13 qui les enveloppe.

Les vis 11 et 12 sont munies notamment de filets hélicoïdaux ou d'éléments de traitement de la matière introduite dans le fourreau 13 et qui engrènent les uns dans les autres. La paroi interne dudit fourreau 13 forme deux lobes cylindriques sécants de diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur des filets et des éléments de traitement.

Les deux vis 11 et 12 sont entraînées à la même vitesse de rotation et dans le même sens de telle sorte que les deux vis sont identiques, les filets et les éléments de traitement étant simplement décalés les uns par rapport aux autres.

Comme montrées à la Fig. 3, les vis 11 et 12 sont avantageusement constituées d'arbres cannelés, respectivement 14 et 15, sur lesquels sont empilés les tronçons de vis. L'alésage intérieur de ces tronçons de vis est muni de cannelures correspondant à celles de l'arbre et la partie extérieure est munie de filets hélicoïdaux ou d'éléments de traitement de la matière dont le pas et la configuration diffèrent selon le tronçon considéré pour le traitement et le transport de cette matière. On peut ainsi disposer dans le fourreau 13 d'un assez grand nombre de tronçons de vis ayant des configurations différentes selon le type de traitement à réaliser sur la matière.

La machine d'extrusion 10 comprend une zone A d'introduction en continu dans le fourreau 13, simultanément, d'une part, du lait à l'état visqueux provenant de l'étape El d'évaporation sous vide et, d'autre part, une proportion déterminée de lait en poudre à environ 96 à 97% de matière sèche recyclé après l'étape de mise en forme du lait en poudre, ainsi que montré à la Fig. 1.

Le taux de recyclage de lait en poudre, c'est à dire le rapport entre le débit massique de lait en poudre recyclé à environ 96 à 97% de matière sèche et le débit massique de lait à l'état visqueux est compris entre 0, 25 et 2,5 et de préférence compris entre 0,70 et 1,30.

Dans cette zone A, le fourreau 13 est percé, à son extrémité amont par rapport au sens d'écoulement de la matière, d'un orifice d'alimentation 16 dans lequel se déverse en continu le lait en poudre recyclé.

Dans la zone d'introduction A, les vis 11 et 12 sont munies de filets 18 à pas large afin d'assurer le transport du lait introduit par l'orifice 16. Ainsi, le lait est transporté vers l'aval de la machine d'extrusion 10 dans la zone B qui comporte un premier tronçon BI dans lequel les vis 11 et 12 sont munies de filets 19 à pas large et un second tronçon B2 dans lequel les vis 11 et 12 sont munies de filets 20 à pas resserré. Le lait à l'état visqueux est alimenté au début du premier tronçon BI de la zone B. L'ensemble lait en poudre recyclé et lait à l'état visqueux est transporté dans le second tronçon B2.

Le lait est ensuite transporté par les vis 11 et 12 dans une première zone C dans laquelle il est soumis à un malaxage intense sous pression.

Pour cela, les vis 11 et 12 dans cette zone C sont formées, de manière connue, par des éléments malaxeurs, par exemple des éléments tri-lobes 24 juxtaposés et qui présentent une forme de triangle isocèle dont les sommets sont tronqués pour réaliser un passage contrôlé du mélange vers l'aval de la machine d'extrusion 10.

Les éléments malaxeurs 24 de chaque vis 11 et 12 sont également décalés les uns par rapport aux autres et sont décalés d'une vis à l'autre de manière qu'ils s'imbriquent les uns dans les autres afin de réaliser un malaxage et un mélange intense du lait à l'état pâteux et du lait en poudre. Du fait de ce malaxage intense, il se produit une élévation de la température du lait. A titre d'exemple, le lait est introduit dans la machine d'extrusion 10 à la température ambiante d'environ 20 C et à la sortie de la zone C de malaxage, il est à une température d'environ 80 C.

A la sortie de la première zone de malaxage C, le lait à l'état pâteux est transféré dans une zone D dans laquelle les vis 11 et 12 sont munies de filets 25 à pas large vers une deuxième zone E de malaxage pourvue par exemple d'éléments de vis constitués par des filets 26 à pas inversé dont les bords périphériques sont munis d'ouvertures régulièrement réparties autour de l'axe de la vis correspondante permettant de contrôler le passage du débit du lait vers l'aval ce qui détermine un freinage dans cette zone E et un effort de compression à l'amont. Il s'ensuit donc un cisaillement qui homogénéise le lait afin d'obtenir une pâte très visqueuse. L'intensité du cisaillement est contrôlée par la longueur des éléments de vis à pas inversé et par la section de passage des ouvertures des bords des filets, de manière à contrôler l'augmentation de la température qui en résulte. En effet, l'opération de malaxage dans la zone E entraîne un échauffement du mélange, une partie importante du travail mécanique étant convertie en une énergie thermique.

La température du lait à la sortie de la zone E varie de l'ordre de 90 C à 125 C. La température du lait à la sortie de la zone E est d'autant plus importante que la viscosité de la pâte de lait est élevée, laquelle dépend du taux de recyclage du lait en poudre à environ 96 à 97% de matière sèche dans l'orifice d'alimentation 16 de la machine d'extrusion 10. Plus le taux de recyclage de lait en poudre est élevé, plus la teneur en matière sèche de la pâte de lait est élevée, et plus la viscosité de la pâte de lait est élevée et, par voie de conséquence, plus la température de la pâte de lait à la sortie de la zone E est élevée.

A la suite de la deuxième zone E de malaxage et de cisaillement, les vis 11 et 12 de la machine d'extrusion déterminent une zone F de transport et de refroidissement de la pâte de lait. Dans cette zone F, le refroidissement de la pâte de lait se fait de deux façons différentes selon le niveau de température à l'entrée de la zone F. Lorsque la température à l'entrée de la zone E est supérieure à 100 C, le refroidissement se fait de préférence par dégazage atmosphérique ou sous vide, car il est plus efficace. Dans la zone F, les vis 11 et 12 sont formées de plusieurs tronçons de pas différents, un premier tronçon F1 de filets 28 à pas resserré, un deuxième tronçon F2 muni de filets 29 à pas large, un troisième tronçon F3 muni de filets 30 à pas resserré et un quatrième tronçon F4 muni de filets 31 à pas large. Au début de la zone F, le fourreau 13 de la machine d'extrusion 10 comporte un orifice de dégazage 32 qui débouche dans les alésages sécants dudit fourreau 13. Après le passage de la pâte de lait dans la zone E où cette pâte a été soumise à un malaxage, la pâte subit dans les tronçons FI et F2 de la zone F une décompression de telle sorte que l'eau contenue dans ladite pâte se vaporise et s'échappe par l'orifice 32. Ce dégazage a pour effet de réduire instantanément la température de la pâte de lait, à un niveau de température au plus égal à 100 C.

Lorsque la température à l'entrée de la zone E est inférieure à 100 C, le refroidissement par échange de chaleur indirect, c'est à dire par échange de chaleur par convection et par conduction, entre la pâte de lait et la paroi du fourreau 13 de la machine d'extrusion 10 est suffisant. Dans cette zone F, les vis 11 et 12 sont, comme mentionné précédemment, formées de plusieurs tronçons de pas différents F1, F2, F3 et F4. Les trois tronçons FI, F2 et F3 sont munis de filets 28 à pas resséré et le quatrième tronçon F4 est muni de filets 31 à pas large. Ce refroidissement a pour effet de réduire la température de la pâte de lait à un niveau de température au plus égal à 100 C.

Au cours de son transfert dans la zone F, la pâte est refroidie pour la maintenir à une température comprise entre 90 et 100 C ce qui permet également d'ajuster la viscosité. En fin de la zone F, le fourreau 13 de la machine d'extrusion 10 est pourvu d'un orifice 21 d'introduction d'additifs, comme par exemple des arômes, des vitamines ou des minéraux.

A la sortie de la zone de transport F, la pâte traverse une troisième zone G de malaxage et d'échange thermique avec un refroidissement pour la maintenir à une température voisine de 95 C. Dans cette zone G, les vis 11 et 12 sont, de façon connue, constituées par des éléments de malaxage, par exemple des éléments bi-lobes 33 identiques aux éléments bi-lobes de la zone C. Ces éléments de malaxage contribuent à mélanger intimement la pâte de lait et les additifs introduits dans la zone F4.

La pâte est ensuite transférée par une zone H de transport et d'échange thermique vers la sortie de la machine d'extrusion 10 et dans cette zone H, les vis 11 et 12 sont munies de filets 34 à pas resserré.

Au cours de son passage dans les zones G et H, la pâte de lait est refroidie de façon à la maintenir à une température comprise entre 75 et 95 C. Le refroidissement de cette pâte au cours de son transfert dans la machine d'extrusion 10 est réalisé de manière connue, par un circuit de circulation d'un fluide de refroidissement qui est ménagé dans la paroi du fourreau 13.

La machine d'extrusion 10 est équipée à son extrémité avale par rapport au sens d'écoulement de la matière, d'une zone 1 d'extrusion formée par une filière 35 équipée d'un couteau granuiateur, non représenté et de type connu, qui produit en continu des pellets qui se solidifient au contact de l'air ambiant. De préférence, le couteau granulateur est ventilé pour éviter le collage du produit lors de la coupe.

A la sortie de la machine d'extrusion 10, les pellets ainsi obtenus ayant une concentration en matière sèche de l'ordre de 78 à 84%, subissent au cours de l'étape E3 un séchage terminal en lit fluidisé de façon à obtenir un produit ayant une concentration en matière sèche de l'ordre de 96 à 97%.

En variante, l'étape de séchage E3 est réalisée autrement que par séchage en lit fluidisé.

Les pellets ainsi séchés sont ensuite broyés et tamisés au cours de l'étape E4 afin d'obtenir un lait en poudre qui est conditionné lors de l'étape finale E5.

La machine d'extrusion 10 permet de réaliser sur la pâte de lait un travail thermomécanique de plastification-mélange permettant notamment le mélange, le malaxage, le cisaillement et l'échauffement de la pâte de lait pour parvenir au final à une pâte de lait homogène. La machine d'extrusion présente l'avantage de permettre un traitement en continu.

En variante, d'autres machines permettant un traitement thermomécanique de la pâte de lait sont utilisées lors de la première étape de séchage E2.

De telles machines sont par exemple un mélangeur, un malaxeur, ou un pétrisseur. De façon générale, et comme illustrées sur la Fig. 4, ces machines comprennent une cuve 36 destinée à recevoir la pâte de lait, des organes mobiles 37 de mélange adaptés pour se déplacer dans la cuve 36, et des moyens d'entraînement de ces organes mobiles 37 comprenant un moteur 41 et un axe 42 portant les organes mobiles 37. Les organes mobiles 37 peuvent avoir un simple mouvement de rotation autour d'un axe, ou des mouvements cinématiques plus compliqués combinant des rotations suivant plusieurs axes et éventuellement des déplacements axiaux.

A titre d'exemple, on peut citer les mélangeurs à pâles comprenant des pâles entraînées en rotation autour d'un même axe, les mélangeurs à vis dans lesquels plusieurs vis sont entraînées en rotation dans la cuve, les mélangeurs à fluides visqueux tels que mélangeurs à surface raclée, et les malaxeurs.

Dans une autre variante, on utilise pour réaliser l'étape de traitement thermomécanique une machine d'extrusion comprenant une unique vis, muni de préférence de tronçons distincts, chaque tronçon étant muni d'éléments de traitement de la matière dont le pas et la configuration diffèrent selon le tronçon considéré pour le traitement et le transport de cette matière Un ou plusieurs traitements supplémentaires peuvent être mis en oeuvre pendant la première étape de séchage par traitement thermomécanique, dans la machine de traitement thermomécanique.

Selon un premier traitement, on réalise dans la machine de traitement thermomécanique une étape de dégazage. Le dégazage est une évaporation quasi-instantanée d'eau contenue dans le produit, cette évaporation étant provoquée par une chute brutale de pression, et permettant un changement d'état de la phase liquide à la phase vapeur de l'eau. La baisse rapide de pression du produit ou du lait est obtenue, selon la pression initiale du produit ou du lait, par mise rapide à l'atmosphère, si le produit ou le lait est à une pression supérieure à la pression atmosphérique, ou par formation d'une dépression A cet effet, dans le mode de réalisation représenté sur la Fig. 4, la cuve 36 d'une machine de traitement thermomécanique est par exemple munie d'un couvercle 43 permettant de fermer la cuve 36 de façon étanche, et de moyens pour former un vide comprenant une conduite 45 raccordée à la cuve et une pompe à vide 47 disposée sur la conduite.

On notera que dans une extrudeuse à vis, du type à une vis ou à deux vis, l'étape de dégazage peut être réalisée dans un tronçon où la ou les vis présentent un profil adapté, c'est-à-dire un profil permettant une décompression rapide de la pâte de lait. Ceci correspond aux tronçons FI et F2 de décompression de la machine d'extrusion à deux vis de la Fig. 2.

Lors du dégazage, la partie de la pâte de lait restant sous forme liquide dans la machine de travail thermomécanique voit sa température baisser.

Selon un deuxième traitement alternatif ou complémentaire du premier, on injecte dans une phase terminale de l'étape de traitement thermomécanique un gaz inerte dans la machine de travail thermomécanique. L'injection du gaz inerte pendant une étape où la pâte de lait est brassée permet d'obtenir au final une pâte de lait présentant une structure poreuse. Une telle structure facilite le séchage ultérieur de la pâte de lait en augmentant sensiblement la surface d'échange de la pâte de lait avec le milieu ambiant, et en facilitant ainsi le transfert de vapeur d'eau.

A cet effet, lorsque la machine de traitement thermomécanique est un extrudeur à deux vis co-rotatives, l'injection de gaz inerte se fera par exemple par l'orifice 21, en zone 4 (Fig. 2). Lorsque la machine de traitement thermomécanique est un malaxeur, ou un mélangeur, telle que illustrée sur la Fig. 4, le gaz inerte est injecté via une conduite 49 débouchant dans la cuve 36 et une pompe 51 d'alimentation en gaz inerte.

Il est également possible, pour améliorer les propriétés du produit final, d'opérer une étape d'enrobage E6 consistant à revêtir le lait en poudre d'un revêtement.

Comme illustrée sur la figure 5, l'étape d'enrobage E6 est par exemple mise en oeuvre entre l'étape de séchage E3 et l'étape de mise en forme du lait en poudre E4 ou pendant la seconde étape de séchage E3. L'étape d'enrobage E6 est effectuée par exemple par pulvérisation d'un produit de revêtement sur le lait en poudre. Un produit de revêtement possible est de la lécithine, qui permet de faciliter l'opération de broyage ultérieur du lait en poudre.

En outre, en variante, et comme illustré sur la figure 5, il est possible de réaliser l'étape d'évaporation sous vide en deux étapes successives d'évaporation sous vide, E'1 et E"1.

Lors de la première étape d'évaporation sous vide E'1, le lait à l'état liquide ayant généralement une concentration en matière sèche de l'ordre de 12% est traité pour obtenir un lait à l'état visqueux ayant une concentration en matière sèche comprise entre environ 50% et 55%.

Lors de la seconde étape d'évaporation sous vide E"1, le lait à l'état visqueux issu de la première étape d'évaporation E'l est traité pour obtenir un lait à l'état visqueux ayant une concentration en matière sèche comprise entre environ 70% et 75%.

La première étape d'évaporation sous vide E'l est par exemple réalisée dans un évaporateur à film tombant. Il s'agit d'un évaporateur comportant au moins un corps de chauffe vertical et de type tubulaire. En fonctionnement, le liquide à évaporer s'écoule dans le corps tubulaire de chauffe et un fluide caloporteur circule à l'extérieur du corps tubulaire de chauffe pour chauffer celui-ci. Le liquide à évaporer entre par le haut et s'écoule par gravité en formant un film le long des parois internes du corps tubulaire de chauffe de l'évaporateur.

La seconde étape d'évaporation sous vide E"l est par exemple réalisée dans un échangeur à surface raclée. Un tel échangeur comprend une enceinte tubulaire chauffée dans laquelle le lait à état visqueux est convoyé d'une première extrémité de l'enceinte à la seconde extrémité. Des pâles viennent racler les parois internes de l'enceinte pour éviter que du lait à l'état visqueux ne reste collé sur ces parois internes.

Le procédé selon l'invention est applicable à différentes compositions de lait liquide ayant des teneurs en matière grasse variables et à desproduits succédanés en poudre. De plus, il permet le traitement de lait liquide complémenté avec divers ingrédients tels que arômes, vitamines, minéraux, grâce à l'excellente capacité de mélange de la machine de traitement thermomécanique (extrudeuse, malaxeur, mélangeur...), ce qui autorise le développement et la production de lait en poudre de différentes natures et donc à plus forte valeur ajoutée.

Le procédé selon l'invention permet, dans le cas de la production de lait en poudre, des économies d'énergie importantes de l'ordre de 40% par rapport au procédé conventionnel ainsi qu'une diminution importante du coût d'investissement. A titre de comparaison, la consommation de vapeur d'eau pour 100 kg de lait liquide traité est de l'ordre de 33 kg avec le procédé selon l'état de la technique alors qu'il est d'environ 19 kg avec le procédé selon l'invention, pour une consommation électrique sensiblement identique.

De manière générale, le procédé de l'invention est utilisable, avec des avantages analogues, pour la production de produits en poudre autres que le lait en poudre, à partir de tous types de solutions, suspensions, émulsions de différentes compositions comprenant une matière sèche en milieux aqueux.

Le procédé est par exemple applicable pour la production de produits en poudre du type: - produits amylacés: farines de céréales (blé, avoine, maïs, orge), farines de pomme de terre, granules et flocons de pomme de terre, farine de tapioca. Ces produits peuvent être natifs, c'est-à-dire sans modifications chimiques et/ou physiques, et simplement séchés et broyés. Ces produits peuvent être modifiés physiquement, par exemple par modification de la structure cristalline des amidons, entre autres par des processus de gélatinisation et de fusion; ils peuvent aussi être modifiés chimiquement, par exemple par hydrolyse, estérification, ou éthérification; - produits protéiniques: caséine du lait, gluten du blé, zéine du maïs, protéines de soja, protéines de légumineuses (pois, par exemple), protéines d'oléoprotéagineux (tournesol, colza, par exemple). Ces produits peuvent être natifs, c'est-à-dire sans modifications chimiques et/ou physiques et simplement séchés et broyés. Ces produits peuvent être modifiés physiquement, par exemple par modification des structures quaternaire, tertiaire et secondaire des protéines (processus de dénaturation) ; ils peuvent aussi être modifiés chimiquement, par exemple par hydrolyse, amidation, succinylation, ou condensation, c'est-à-dire par réaction avec les groupes organiques fonctionnels: amine, carboxyle, par exemple.

Le procédé est aussi applicable aux co-produitslsous-produits de fractionnement du lait, c'est-à-dire des fractions liquides obtenues lorsque le lait est fractionné au moyen de procédés tels que centrifugation, filtration, nanofiltration, ultrafiltration, osmose inverse... ces opérations étant destinées à séparer les différents composants du lait (matière grasse, protéines, sucres...).

Le procédé est également applicable pour la production de produits en poudre permettant par la suite, par réhydratation, d'obtenir des aliments pour bébé : laits reconstitués selon les différents âges, bouillies diverses, mélanges en pots...

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Procédé de production en continu d'un produit en poudre, à partir du produit à l'état liquide se présentant sous la forme d'un mélange du type solution, suspension ou émulsion en milieux aqueux, dans lequel: - on effectue une étape d'évaporation sous vide (E1) du produit à l'état liquide pour obtenir le produit à l'état visqueux, - on réalise au moins une étape de séchage (E2, E3) du produit à l'état visqueux pour obtenir le produit sous forme solide, et - on effectue une étape de mise en forme du produit solide pour obtenir le produit en poudre, caractérisé en ce que ladite étape de séchage (E2, E3) comprend au moins une première étape de traitement thermomécanique (E2) au moyen d'une machine de traitement thermomécanique (10; 36-51) dans laquelle on injecte simultanément le produit à l'état visqueux provenant de l'étape d'évaporation sous vide et une proportion déterminée de produit en poudre recyclée après l'étape de mise en forme, la machine de traitement (10; 36-51) étant configurée pour mélanger le produit à l'état visqueux et le produit en poudre pour obtenir des pellets de produit solidifiés au contact de l'air ambiant.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'issue de l'étape d'évaporation sous vide (E1), le produit à l'état visqueux présente une concentration en matière sèche comprise entre 55 et 75%, de préférence entre 55 et 70%.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape d'évaporation sous vide (El) comprend une première étape (E'1) à l'issue de laquelle la concentration en matière sèche est comprise entre environ 50 et 55%, et une seconde étape (E") à l'issue de laquelle la concentration en matière sèche est comprise entre environ 70 et 75%.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'issue de l'étape de séchage (E2, E3) du produit à l'état visqueux, le produit sous forme solide présente une concentration en matière sèche d'environ 96 à 97%.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, outre la première étape de traitement thermomécanique (E2), l'étape de séchage (E2, E3) comprend une deuxième étape de séchage (E3) des pellets obtenus à l'issue de l'étape de traitement thermomécanique (E2).

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième étape de séchage (E3) des pellets est une étape de séchage en lit fluidisé.

7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que, après ou pendant la deuxième étape de séchage (E3), on enrobe les particules de produit en poudre d'un revêtement extérieur, par exemple à l'aide de lécithine.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pellets présentent à l'issue de l'étape de traitement thermomécanique (E2) une concentration en matière sèche variant entre 78 et 84% et de préférence de l'ordre de 84%.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport entre le débit massique de produit en poudre recyclé et le débit massique de produit à l'état visqueux introduit dans la machine de traitement thermomécanique est compris entre 0,25 et 2,50 et de préférence entre 0,70 et 1,30.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au cours de l'étape de traitement thermomécanique (E2), on réalise un dégazage sous pression atmosphérique ou sous vide.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au cours de l'étape de traitement thermomécanique (E2), on injecte un gaz inerte dans la machine de travail thermomécanique (10; 36-51).

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on réalise l'étape de traitement thermomécanique (E2) du produit à l'état visqueux en introduisant le produit à l'état visqueux et le produit en poudre dans une machine d'extrusion (10) à deux vis (11, 12) corotatives.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on réalise l'étape de traitement thermomécanique (E2) en introduisant le produit à l'état visqueux et le produit en poudre dans un malaxeur, ou un pétrisseur, ou un mélangeur et/ou une machine d'extrusion à une vis.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit en poudre recyclé est à environ 97% de matière sèche.

15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit à l'état liquide présente initialement une concentration en matière sèche de l'ordre de 12%.

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit à l'état liquide est du lait liquide, ce par quoi on obtient du lait en poudre.

17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le produit à l'état liquide est un produit amylacé, natif ou modifié (physiquement et/ou chimiquement) à base de farines de céréales (blé, avoine, maïs, orge, etc...), de farine de pomme de terre, de granules de pomme de terre, de flocons de pomme de terre, et/ou de farine de tapioca, le produit étant initialement sous la forme d'un mélange du type solution, suspension ou émulsion en milieux aqueux, ce par quoi on obtient à l'issue du procédé le produit sous forme pulvérulente.

18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le produit à l'état liquide est un produit protéinique, natif ou modifié (physiquement et/ou chimiquement), choisi parmi la caséine du lait, le gluten du blé, la zéine du maïs, les protéines de soja, les protéines de légumineuses, en particulier de pois, et/ou les protéines d'oléoprotéagineux, en particulier de tournesol ou de colza, le produit étant initialement sous la forme d'un mélange du type solution, suspension ou émulsion en milieux aqueux, ce par quoi on obtient à l'issue du procédé le produit sous forme pulvérulente.

19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le produit à l'état liquide est un co-produit/sous-produit de fractionnement du lait, obtenu par fractionnement du lait par centrifugation, filtration, nanofiltration, ultrafiltration, et/ou osmose inverse.

20. Lait en poudre, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé 5 selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.