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 ». 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 EP 0 731 646 B1 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 U1 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 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 3 138 620 Bl. 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 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 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, antioxydant 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 : 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 débâtissage ; 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 prétraitement 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 pm et 1800 pm, de préférence entre 100 pm et 1000 pm, de préférence entre 125 pm et 500 pm. 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 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. 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 remarqué 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 entraînée 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. 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 l°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’ enchaînement d’étapes suivantes : 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 7 IL 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 11134.

Débâtissage (fig. 9) : en fin de cycle, le filtre est ouvert et les gâteaux de filtration (okara) à 75% d’humidité sont évacués. 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.

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’ homogénéi sation.

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 ^eme 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 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 ^eme 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.

Broyage/hydratation

Dans ce 2 ^eme 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 montée à 85°C.

La chauffe avec une augmentation de la température de l°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’ enchaînement 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. 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.