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Procédé de préparation. d'un sucre cristallisé fluide.
La .présente invention se rapporte à un sucre cris.... ' tallisé fluide, ne se prenant pas en masse, comprenant essen- tiellement'des agrégats de cristaux de sucrose de dimension fondante.
Les cristaux de sucre, qui sont essentiellement cons-
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titués par du sucrose"lorsqu"11s sont interdisperses avec des matières collantes et/ou hygroscopiques (naturelles ou artifi- cielles).. présentent des problèmes de pris en masse et
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d'absence de fluidité. Le sucre brun contient des constituants analogues aux mélasses qui sont hygroscopiques et le sucre brun peut donc être compris dans cette classe.
Bien que l'on se rap- . porte plus particulièrement dans le présent mémoire au su.cre brun, les principes de l'invention sont également applicables à tous les autres membres de la classe qui présentent ce problème, Il est bien connu dans la technique du raffinage du sucre que le sucre brun pourrait être rendu granulaire et'flui- . de si le sucre pouvait être réduit à un produit uniforme,'de dimension.fondante (cristaux d'environ 3-5 microns). Le pro- blème est bien connu et il est bien entendit qu'il résulte du fait que les cristaux de grandes dimensions de sucre brun por- tent un revêtement extérieur relativement épais de constituants collants, du type mélasse, indiqué plus haut, qui font que les cristaux voisins s'agglomèrent et ne coulent plus.
Si le sucre brun pouvait être cristallisé en cristaux extrêmement fins, même si la proportion des constituants du type molasse restait la même, la distribution de ces constituants sur la surface par unité de poids, très agrandie, conduirait finalement, à un cer- tain stade de la diminution des dimensions des cristaux, à créer une pellicule de constituants du type mêlasse suffisamment fine sur les cristaux pour que le collage et l'agglomération des cristaux adjacents ne se produisent plus.
Il est .bien connu d l'homme de l'art dans la techni- que de la cuisine et de la pâtisserie, que le sucre brun ost une ressource culinaire savoureuse et très avantageuse mais qu'il est très difficile à manipuler en raison du problème dé- crit plus haut, qui est posé par ses caractéristiques collan- tes et d'agglomération.
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On a constaté un désir très prononcé de la part des consommateurs et utilisateurs, de pouvoir disposer d'un sucre brun fin et fluide. Les avantages d'une telle matière sont évidents et comprennent la facilité de mesure, la facilité de distribution et de saupoudrage, ainsi que de nombreux autres . avantages pratiques.
Bien que, ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, le problème contienne en lui-même sa solution théorique, en ce que la réduction de la dimension des cristaux produirait fi- nalement le produit désiré, la technique n'avait jusqu'à pré- sent proposé aucun procédé pratique pour la production de cristaux de sucre brun de dimension fondante. Les raisons de cette carence sont évidentes pour l'homme de l'art de la technique de raffinage du sucre. Le sucre est un article d'un prix relativement bas qui, cependant, fait l'objet d'un soin et d'une critique extrême de la part de l'utilisateur et tous les critères de contrôle de la qualité, en particulier ceux qui ont trait au goût et à 11 aspect sont donc vitaux pour déterminer si un traitement proposé ou un perfectionnement proposé pour la production du sucre est utile ou non.
En d'au- tres termes, la production des cristaux de sucre fondants et de sucre brun ne doit pas comporter des dépenses inutiles, elle doit constituer un traitement entièrement continu et elle ne doit en aucune autre façon représenter un obstacle à la désirabilité des produits.
Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3.194.682, on a décrit un procédé permettant d'obtenir des cristaux de sucre brun de dimension fondante, cités plus haut, qui permet d'obtenir le sucre cristallisé, fluide et non susceptible de se prendre en masse, qu'on recherche. La présente invention
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constitue un perfectionnement par rapport à l'invention du brevet cité, qui réside principalement en ce qu'on pout ob- tenir un traitement avantageux du point de vue des critères de fabrication cités, tels que le contrôle de la qualité, l'économie etc... En outre on obtient une amélioration avan- tageuse sur la dimension et la nature du produit obtenu par la présente invention.
Un but de l'invention est de réaliser un traitement perfectionné pour la fabrication de produits à base de sucre contenant des agrégats de cristaux de sucrose de dimension fondante et qui présentent des propriétés améliorées en ce qui concerne la conservation en entrepôts ou en magasins, la fluidité et la prise en masse.
L'invention a donc pour objet un procédé de prépa- ration d'un sucre cristallisé fluide qui consiste à concen- trer un sirop de sucre à une température comprise entre 1300 et 140 C, pour le ramener à une teneur en solides de 91-97%, ce sirop de sucre ne contenant pas plus de 15% en poids de solides non constitués par du sucrose, qui comprennent le sucre inverti, le sirop de mais, le sirop de pomme de terre, le dextrose, le maltose, le lactose et les constituants mélasso- gènes des mélasses, cette proportion étant calculée sur la base des solides contenus dans les sirops, à soumettre un courant du sirop sucré concentré résultant à un battage par percussion dans une zone de cristallisation, à soumettre le sirop pendant ce battage, à l'action d'un courant forcé de gaz à travers la zone de cristallisation,
ce courant étant au moins suffisant pour éviter tout accroissement de la tempé- rature du sirop et du produit éventuellement résultant de ce sirop, et à évacuer la vapeur d'eau produite dans la zone de
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cristallisation, le courant gazeux et le sirop, et éventuelle- ment le produit résultant de ce sirop étant en mélange intime dans ladite zone de, cristallisation pendant le battage, le temps de séjour du sucre ainsi introduit dans la zone de cristallisation étant compris entre environ 10 et environ 60 secondes, et à récupérer de ladite zone de cristallisation un sucre cristallisé composé d'agrégats de cristaux de sucrose de dimension fondante ayant une dimension comprise entre 3 et 50 microns, ce sucre cristallisé ayant une teneur en humidité in- férieure à 2,5% en poids.
La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, décrit à titre non limitatif, une forme de mise en oeuvre de l'invention.
Sur ces dessins :
La figure 1 est un diagramme de circulation du trai- .tement, qui montre schématiquement un traitement suivant l'in- vention pour la fabrication d'un sucre contenant du sucrose et essentiellement constitué par des agrégats de cristaux de sucrose de dimension fondante ;
La figure 2 est une représentation schématique d'un batteur-cristalliseur représenté dans le diagramme de circula- tion de la figure 1, et montrant des détails intérieurs de la construction ;
La figure 3 est un schéma-bloc des phases du traite- ment suivant l'invention.
On a constaté qu'une percussion violente, d'un ordre de grandeur que l'on considérait antérieurement comme impossi- ble à mettre en oeuvre, est capable de cristalliser rapidement le sirop de sucre concentré contenant du sucrose (par exemple à 91-97% de solides , et ne contenant pas plus de 15% de soli-
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des non sucrose, ces deux proportions étant indiquées en poids) et qu'un courant d'air forcé refoulé pendant ce battage violent donne naissance à un produit de couleur uniforme, non brûlée ayant une fluidité supérieure.
Les résultats apportés par 1'invention sont surpre- nants pour l'homme de l'art de la technique sucrière, même pour les techniciens qui connaissent le fonctionnement du batteur-cristalliseur du type "Werner" décrit dans le brevet précité. Les particularités de ce résultat, entièrement inatten- dues, seront détaillées dans la suite mais il sera utile pour la compréhension d'indiquer ici qu'il était déjà connu que le sirop concentré, sous agitation par exemple dans un batteur du type "Werner", commence par présenter un début de cristalli- nité, puis se transforme en une pâte très visqueuse,puis se brise en agrégats de cristaux distincts.
La phase pâteuse in- termédiaire semblait exclue totalement, considéré sous l'angle de tous les critères de la technique sucrière, le battage par percussion et il semblait que, avec une telle masse pâteuse, le blocage et le grippage mécanique de l'appareillage du type à ,percussion fussent inévitables. Toutefois, contrairement à toute attente, le battage par percussion très intense exécuté con- .fermement à la présente invention a pour effet, soit de tra- verser la phase pâteuse avant qu'elle n'ait pu entrainer de dommages, soit, par un mécanisme du type de la sublimation, d'éviter totalement la phase pâteuse. Cette découverte était entièrement inattendue et entièrement imprévisible par l'ex- périence précédente.
Non seulement le procédé (le battage) est raccourci d'environ 2mn à une durée de l'ordre de 10 secondes mais le produit est supérieur à divers points de vue, ce qui était également entièrement inattendu. Toutefois, la supériorité
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de cette amélioration ne peut être obtenue que dans les conditions de circulation d'air forcé pendant le battage par percussion indiqué plus haut, ainsi qu'on le décrira par la suite...
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Pour la plus grande partie les sucres préparés con- formément à la présente invention sont dérivés des sirops de ' sucres alimentaires dont la pureté est comprise entre environ 85 et environ 97%. Lorsqu'on désire obtenir un sucre ayant une intensité de saveur équivalente à celle des nuances commercia- les de sucre doux ou brun, il est généralement avantageux d'employer un sirop de sucre alimentaire ayant une pureté d'environ 94% ou moins.
Les sirops alimentaires employés sui- vant l'invention peuvent être produits, généralement avec une cavité constante, à partir de sirops, purs ou mélangés, de raffinerie de sucre de canne, ces sirops pouvant comprendre les sirops de sucrose purs, les sirops granulés, les sirops doux et/ou les sirops filtrés mécaniquement, tels que les sirops refondus, les sirops bruts et d'affinage, tels qu'ils sont produits dans une raffinerie de sucre normale, ou bien après.un nouveau traitement de ces sirops, en vue de produire un sirop approprié pour la fabrication classique du sucre doux.
Les solides non sucrose contenus dans les sirops alimentaires dans la pratique de l'invention peuvent également être entièrement ou partiellement constitués par du sucrose inverti (composé de parties égales de sucrose et de lévulose, ce qu'on appelle le sucre inverti) ou d'autres sucres réduc- teurs obtenus par des traitements classiques de transformation de l'amidon et que l'on appelle généralement des sirops de mais, des sirops de pomme de terre, du dextrose, du maltoso etc... Les solides non sucrose contenus dans les sirops ali-
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mentaires peuvent également être composés de lactose et de sucres dérivés de matières très diverses telles que le miel, le sirop d'érable etc..
Les solides non sucrose peuvent en outre éventuellement être dérivés de mélasse ou de constituants mélassogènos de mélasses, qui comprennent les constituants de saveur et/ou de couleur et les constituants de cendres, les parties invertiesde ces constituants etc., ainsi que des matières provenant d'une source étrangère qui n'est pas habi- tuellement produite, séparée et/ou récupérée dans une raffine- rie de sucre.
Les sirops de sucre alimentaires employés dans la pratique de la présente invention, et qui sont indiqués d'une façon générale ci-dessus, peuvent être produits à partir d'une grande variété de mélanges de sirops de sucre. Par exemple, un constituant d'un sirop de sucre alimentaire dans la pratique de l'invention peut être constitué par un sirop de sucrose pur. Dans la pratique de l'invention, un sirop de sucre ali- mentaire approprié pour la production d'un sucre.savoureux, serait un sirop de sucre alimentaire d'une pureté de 93%, com- posé d'un mélange de sirops de sucre composés d'environ 84 parties de sirop de sucre à 100% de pureté et 16 parties de sirop doux de raffinerie de sucre de canne, à environ 55% de pureté, pourvu que les sirops, soient d'un Brix sensiblement équivalent.
Sur la figure 1 des dessins, on a représenté sché- matiquement un diagramme de circulation pour la production de sucres ayant des propriétés particulières conformes à l'in- vention. Un courant de sirop de sucre provenant d'une source appropriée, qui peut être un sirop de sucre granulé, est amené par une conduite 10 à une cuve de mélange 11. On ajoute
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également à la cuve de mélange 11, par une conduite 12, un autre courant de sirop de sucre d'une pureté appropriée de façon à produire dans la cuve de mélange 11, après brassage au moyen d'un agitateur 14, un mélange uniforme de sirop de sucre ayant une pureté de l'ordre de 85-97.
Le mélange résultant est envoyé de la cuve de mé- lange 11, par une conduite 15, à une pompe 16 d'où il est dé- bité, par l'intermédiaire d'une conduite 18, et à travers un dispositif de commande d'écoulement approprié, telle qu'un rotamètre 19, la commande du débit à travers le rotamètre 19 étant réglée au moyen d'une vanne 20a de réglage du débit, qui est placée dans la conduite de sortie du rotamètre 19.
Après avoir traversé la vanne 20a du réglage du débit, le mélange de sirop est envoyé par une conduite 20, à un réchauffeur ap- proprié tel que le réchauffeur tubulaire 21, qui est alimenté en vapeur servant de fluide de chauffage, la vapeur envoyée au réchauffeur 21 étant envoyée à travers la conduite 21a et la vapeur condensée qui sort du réchauffeur sortant de ce ré- chauffeur par le siphon 21b..
Le mélange chaud de sirops de sucre sort du réchauf- feur 21 par une conduite 22 qui est munie d'un thermomètre approprié 22b servant à observer la température du sirop de sucre et/ou à commander le fonctionnement du réchauffeur 21 de façon que le mélange de sucre sorte de ce réchauffeur à une température appropriée. La conduite 22 envoie le mélange de sirops chaud au concentrateur 24, lequel est alimenté en vapeur d'eau constituant le fluide de chauffage par une con- duite 24a, le condensat étant récupéré par le piège 24b. Le mélange chaud de sirops résultant est évacué du concentra- teur 24, par-une conduite 25, à une température non supérieure
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à environ 120 -130 C.
Un thermomètre 25a est intercalé sur la @ conduite 25 pour observer la température du mélange de sirops qui sort du concentrateur 24 et commander le fonctionnement de cet appareil de façon à 6viter que le mélange do sirops qui sort de l'appareil ne soit chauffé à une température supérieure à 120 -130 C.
Le mélange de sirops chaud est envoyé du concentra- teur 24, par une conduite 25, dans le séparateur de vapeur 26 qui est avantageusement maintenu, comme représenté sur le dessin, sous dépression ou vide approprié. Un manomètre 28, relié au séparateur de vapeur 26 par une conduite 28a sert à. observer la dépression ou le vide régnant dans le séparateur 26. La dépression ou le vide est entretenu dans le séparateur de vapeur 26 au moyen d'une pompe à vide 29 qui est en commu- nication avec le séparateur 26 par une conduite 30, un conden- seur 31 et une conduite 32. Le condenseur 31 est alimenté en eau de condensation par une conduite 34 dans laquelle est inter- calée une vanne 34a de réglage du débit d'eau.
La vapeur qui sort du séparateur de vapeur 26 à travers la conduite 32 est condensée par contact avec l'eau de condensation introduite dans ce condenseur et le mélange de vapeur et de condensat qui en résulte est évacué par la conduite 3.5 et tombe dans le bac ou puits 36. Une vanne de fuite d'air 30a est intercalée sur la conduite 30 et constitue un moyen approprié pour ajuster et/ou entretenir la dépression ou le vide désiré dans le sé- parateur de vapeur 26.
Dans le fonctionnement du traitement suivant l'in- vention pour la préparation de sucres commercialisables., on a constaté que la concentration du mélange de sirops dans le concentrateur 26 pouvait être poussée jusqu'à une teneur en
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solides d'environ 91-97% en poids, le sirop concentré résul-, tant étant récupéré du séparateur de vapeur 26 à travers une conduite 38.
Ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 1 du .,brevet précité, à la pression atmosphérique, la température nécessaire pour concentrer un sirop donné afin d'atteindre un degré élevé recherché de teneur en solides tel que environ' 95% de solides, est fonction de la pureté du sirop, c'est-à- dire du pourcentage de sucrose existant dans la teneur totale en solides dissous du sirop. Dans les traitements employés jusqu'à présent., lorsque l'on concentrait des sirops d'une pureté relativement faible, au-dessous d'environ 95%, à des teneurs en solides d'environ 91-97%, on employait des tempé- ratures de concentration supérieures à 125 -130 C, l'opéra- tion de concentration étant exécutée à la pression atmosphérique.
Ainsi qu'on l'a représenté sur les figurer 2 et 3 du brevet précité, les sirops de sucre chauffés à une tempé- rature supérieure à 125 -130 C subissent une forte dégrada- tion, qui est indiquée par une diminution du pH du sirop ali- mentaire et par un accroissement de la coloration du sirop alimentaire et du sucre final obtenu. La dégradation se pro- duit même si le temps nécessaire pour la concentration du sucre est très facile et si l'opération de concentration est effectuée rapidement, par exemple par l'utilisation de ré- chauffeurs et concentrateurs à faible temps do séjour.
Toute- fois, à quelque degré que la dégradation du sucre so produise, cette dégradation est indésirable en ce quo les produits do la dégradation tondent à réduire la vitesse à laquelle la cristallisation peut être effectuée, ce qui conduit à la formation de gros cristaux de sucre dans l'opération de cris- tallisation consécutive. La présence de gros cristaux do sucre
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dans les produits suivant l'invention est indésirable du fait que ces grands cristaux tendent à réduire les caract6- ristiques anti-agglomération du sucre produit.
Une caracté- ristique du perfectionnement apporté par l'invention est que la cristallisation est conduite si rapidement et que la di- mension des cristaux est si normalement faible, dans l'inter- valle des dimensions fondantes, que l'on peut tolérer un degré de dégradation du sirop relativement élevé tout en obtenant cependant un produit final commercialement acceptable. Na- turellement, si la dégradation du sirop est maintenue à fai- ble niveau, cet avantage se manifeste par une amélioration de la couleur de l'uniformité du Produit et de la dimension des cris taux.
Le taux de dégradatidn du sirop à des températures élevées, supérieures à environ 125 -130 C, dépond fortement de la nature des solides non sucrose qui sont présents dans le sirop de sucre. Dans la pratique commerciale, il n'est pas concevable de tenter de maîtriser la nature de ces non sucre. Ces matières varient avec le pays d'origine du sucre brut dont les sirops de sucre sont dérivés, avec les diverses techniques de raffinerie des diverses usines ainsi qu'avec les programmes d'opérations du raffinage et d'autres conditions.
Il en résulte que différents sirops, de même pureté, concen- trés à une température élevée donnée, et à une teneur en soli- des,désirée, même pendant une période de chauffage fixe, don- nent des caractéristiques de qualités différentes, telles que la couleur et le pH. Par conséquent, en pratique industrielle, il est sensiblement impossible de produire un sucre ayant des qualités et des caractéristiques physiques uniformes et ropro- ductiblos lorsque les sirops dont les sucres sont dérivés
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sont portés à une température élevée, supérieure à environ 125 -130 C.
Par ailleurs, dans le fonctionnement du séparateur de vapeur 26, on doit faire en sorte de ne pas effectuer la concentration du mélange de sirops dans des conditions, telles que la présence de cristaux de sucre, qui entraînent la cris.-; tallisation. Si la cristallisation est provoquée dans le 'con- centrateur 24 ou dans le séparateur de vapeur 26, ou bien dans le sirop concentré qui sort de cet appareil par la conduite 38 avant d'être introduit dans le batteur-cristalliseur 39, la vitesse de cristallisation dans cet appareil 39 sera réduite.
La diminution de la vitesse de cristallisation se traduit non seulement par la formation de cristaux plus grands mais égale- ment par la production d'un sucre final plus humide. Par ail- leurs, par exemple, si dans le fonctionnement du séparateur de vapeur 26, le mélange de sirop contenu dans ce séparateur est concentré au-delà d'un certain point à une température re- lativement basse, par exemple sensiblement inférieure à 120 C, il tend à se produire une cristallisation spontanée.
Une caractéristique de l'invention est que la vi- tesse de cristallisation est tellement rapide dans le batteur- cristalliseur 39 et les effets du débit d'air critique à tra- vers ce cristalliseur sont si avantageux que l'on peut tolérer une certaine proportion de cristallisation en amont du bat- teur-cristalliseur 39 sans que ceci ne rende le produit final inacceptable. Naturellement, si la cristallisation en amont du batteur-cristalliseur 39 est maintenue à faible niveau, les avantages de l'invention se manifestent par l'obtention d'un produit final supérieur en couleur, dimension, uniformité, etc...
Ici comme dans le reste de la description, il sera évi-
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dent que l'effet inattendu du battage par percussion du sirop en présence d'un courant d'air forcé dose'est responsable de ces avantages, car il rend moins critiques et moins sensibles les autres parties du diagramme de circulation.
Dans la technique sucrière , où, ainsi qu'on l'a .expliqué par ailleurs, les produits de départ ne sont jamais entièrement uniformes, cette diminution de la sensibilité d'un si grand nombre d'autres parties du diagramme de circulation . obtenue malgré tout avec accroissement correspondant de la qualité du produit, est d'une importance pratique extrêmement grande.
Le sirop concentré relativement chaud est envoyé, par une conduite 38, à une pompe 40 d'où il est envoyé, par la conduite 41, au batteur-cristalliseur 39. Le sirop concen- tré chaud doit avoir une teneur en solides de 91-97% en poids.
Comme on l'a représenté dans son ensemble sur la figure 1, le batteur-cristalliseur 39 est un récipient fermé muni d'un ar- bre rotatif 39a monté axialement et muni de protubérances, lames ou palettes radiales 39b. Des moyens appropriés,tels qu'un mo- teur 44, reliés à l'arbre 39a, servent à faire tourner l'ar- bre 39a et les palettes 39b à l'intérieur du batteur-cristal- liseur 39.
La caractéristique,essentielle du fonctionnement du batteur-cristalliseur 39 suivant l'invention réside dans la combinaison des effets de percussion, turbulence 'et cisaille- ment (tous ces effets ayant une grande intensité) qui déter- minent la cristallisation très rapide et la mise sous forme de granules du sirop introduit en 41 dans le batteur-cristalliseur
39. Un appareil propre à assurer cet effet combiné est l'ap- pareil appelé "Turbulizer", fabriqué par la Strong-Scott
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Manufacturing Company Minneapolis, Minnesota.(Etats-Unis d'Amérique).
Sur la figure 2, on a représenté schématiquement le Turbulizer fabriqué par le constructeur précité employé comme batteur-cristalliseur 39. L'enveloppe 39d est de forme exté- rieure sensiblement cylindrique et de forme intérieure sensi- blement cylindrique. L'arbre central 39a est de grande dimen- sion comparativement au diamètre du cylindre 39d. Par exemple, dans un cylindre 39d de 50 cm de diamètre intérieur, un arbre 39a de 23 cm de diamètre extérieur donne de bons résultats.
Les lames ou palettes 39b peuvent être orientées à un angle quelconque (par exemple 45 ) et dans un sens approprié pour faire avancer la matière de l'extrémité adjacente à l'entrée 41 vers l'extrémité adjacente à la sortie 49. L'espace inter- calaire 39c doit être différent de l'écartement étroit qu'on trouve dans l'appareil tel qu'il est fourni par le construc- teur et, dans un appareil présentant les dimensions mention- nées ci-dessus et qui est d'une longueur d'environ 90 cm, mesurée de l'entrée 41 à la sortie 49, un écartement 39c de l'ordre de 4 cm donne les meilleurs résultats.
Cet écartement laisse subsister un chenal pour le passage de la matière sucrée et évite la formation 3'un gâteau dur de cette matière sur les parois intérieures du cylindre 39d ce qui entraînerait une accumulation de chaleur et une altération du débit de production, ainsi que d'autres phénomènes préjudiciables.
Dans le cas des dimensions indiquées plus haut, une lame ou palette 39c d'environ 4 cm de largeur donne de bons résultats.
L'appareil 39, lorsqu'on emploie un Turbulizer fa- briqué par le constructeur cité, travaille à une vitesse do l'ordre de 1000 t/mn ou plus, tandis que l'appareillage anté-
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rieur décrit dans la demande précédente de la même Demanderesse travaille à une vitesse de l'ordre de grandeur de 200 t/mn. La différence des vitesses correspond à la différence entre l'agi- tation et la percussion dans le cas de la matière en question.
On donnera ci-après une description du fonctionnement du batteur-cristalliseur 39 suivant l'invention après avoir décrit' le reste du diagramme général de circulation de la figure 1.
Sur la figure 1 on voit également qu'un ventilateur 46 refoule de l'air dans l'extrémité de batteur-cristalliseur 39 adjacente à l'entrée 41 du sirop, c'est-à-dire en 46a, tandis qu'un autre ventilateur 48 aspire l'air par l'extré- mité de sortie 49 du batteur-cristalliseur 39, c'est-à-dire en 48a. Le débit d'air qui est refoulé avec le sucre sur la longueur du batteur-cristalliseur 39 a une incidence impor- tante sur la valeur supérieure des résultats obtenus suivant l'invention ainsi qu'on le montrera plus particulièrement dans la suite. Le produit qui sort par la sortie 49 est composé d'agrégats de cristaux de sucre de la taille fondante c'est- à-dire de 3-50 microns. Le sucre en agrégats qui sort par la conduite de déchargement 49 du batteur-cristalliseur 39 est introduit dans le séchoir-refroidisseur 50.
A son introduction dans l'appareil 50, le sucre en agrégats est à une température d'environ 50-125 C et il a une teneur en humidité d'environ 0,5-2,5% en poids, par exemple environ 1% en poids. Le sé- choir-refroidisseur 50 peut être n'importe lequel des appa- reils de ce type qui soit approprié pour cette opération et qu'on trouve dans le commerce, par exemple un séchoir à pla- teaux ou un séchoir rotatif, tel qu'un granulateur Hersey ou un granulateur "Roto Louvre", il peut également être consti- tué par un séchoir et un refroidisseur séparés.
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L'air ambiant est introduit dans le séchoir-refroi- disseur 50 par la conduite 51 et à travers l'appareil de chauf- fage 52 et le conduit 54, pour provoquer le séchage du sucre dans cet appareil. L'air est extrait du séchoir-refroidisseur 50 par la conduite de déchargement 55 et le ventilateur d'ex- traction 56. Une quantité d'air additionnel, par exemple pour le refroidissement ou pour la modification des conditions de séchage et de refroidissement dans le séchoir-refroidisseur 50 est introduite par les conduites 51 et 58.
Le sucre séché et refroidi résultant de cette opéra- tion est extrait du séchoir-refroidisseur 50 par une.conduite 59 et envoyé à un appareil approprié pour la réduction de la dimension, par exemple un broyeur 60, et transféré par des con- duites 59 et 57 à un appareil de tamisage 62. Le produit broyé finement divisé résultant du broyage est débité par la conduite 61 et envoyé à l'appareil de classement ou de tamisage 62, la matière trop grossière, par exemple refusée au tamis à mailles de 1,4 mm étant renvoyée par la conduite 64 au broyeur 60 ou étant récupérée séparément comme produit et la matière trop fine (les fines), par exemple passant au tamis à mailles de 0,3 mm, étant récupérée par une conduite 65 et renvoyée au batteur-cristalliseur 39 par une conduite 66, éventuellement.
Les fines peuvent également être récupérées comme produit, par - exemple directement par la conduite 65 ou après avoir été mé- langées d'un additif approprié tel que de l'amidon pulvérisé ou d'une autre matière introduite dans la conduite 5 par la conduite 68. On récupère de l'appareil de classement 62, par la conduite 69, un produit granulaire de la dimension désirée, par exemple passant au tamis 'à mailles de 1,4 mm et refusé au tamis à mailles de 0,3 mm.
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En ce qui concerne l'opération de broyage exécutée dans le broyeur 60, la réduction de dimension peut être exécu- tée de façon satisfaisante avant ou après le séchage. On a constaté qu'un appareil satisfaisant était un broyeur "Fitzmill Comminuter" équipé de 16 marteaux à lames de couteaux, tournant à 3.000 t/mn et équipé d'une surface de classement à trous ronds de 11,11 mm de diamètre.
Le séchage du produit, au moment où il quitte le batteur-cristallseur 39, est une opération relativement simple.
Il est avantageux que le séchage soit effectué dans des condi- tions telles que les agrégats de sucre soient maintenus en mou- vement, de façon à assurer une répartition uniforme du gaz de séchage, qui peut être de l'air chaud, autour des divers agré-. gats. Lorsque,l'opération de séchage est effectuée de cette façon on peut obtenir un séchage parfait dans un temps rela- tivement court, par exemple en environ 2 minutes, en employant de l'air à une température d'environ 130 C. Les séchoirs à con- voyeur du type vibrant peuvent également être.utilisés avec de bons résultats pour le séchoir-refroidisseur 50. Un séchage satisfaisant comporte une réduction de la teneur en humidité d'environ 1,0-2,5% à environ 0,5% de préférence au-dessous d'environ 1%.
Une caractéristique importante de l'invention est que la cristallisation est si rapide qu'elle est pratiquement in- stantanée et un résultat de cet effet est que l'on peut cristal- liser des sirops alimentaires de faible pureté pour former, directement à la sortie du batteur-cristalliseur 39, un produit sensiblement sec. On entend par une opération pratiquement instantanée, celle qui se produit en 1-10 secondes et, par sen- siblement sec, un produit ne contenant pas d'humidité percep-
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tible dans son apparence et qui présente des caractéristiques de fluidité. L'analyse montre que ce degré de siccité corres- pond au produit à 1,0-2,5% d'humidité qu'on peut obtenir directement du batteur-cristalliseur 39.
La phase de séchage sui- . vante, qui réduit encore davantage l'humidité, constitue une phase facultative en production industrielle, utile dans les cas où l'on cherche à obtenir une plus forte siccité. Ce sé- chage supplémentaire est naturellement facilité par la faible teneur initiale en humidité. Sans cette cristallisation instan- tanée, un grand nombre de sirops alimentaires ne pourraient pas être transformés en produit utile en raison de leur trop forte teneur initiale en humidité.
Le tamisage du produit issu du séchoir peut être effectué sans difficulté au moyen de n'importe quel appareil de classement approprié qu'on trouve dans le commerce. On a constaté que le sucre obtenu est relativement résistant à l'abrasion. Les fines, c'est-à-dire les agrégats ayant une dimension de particules inférieure à environ 0,3 mm tendent toutefois à absorber une quantité d'humidité excessive. On a constaté qu'il était avantageux d'exécuter les opérations de broyage et de tamisage dans des conditions d'humidité relative spécialement déterminées pour empêcher les fines de devenir collantes et d'encrasser et colmater le tamis. Cette diffi- culté peut être facilement évitée en exécutant le broyage et le classement ou tamisage dans des conditions d'humidité réglées.
Pour la préparation d'un mélange de sirops de raf- finerie, par exemple dans l'intervalle de pureté de 85-91%, qui servira de sirop alimentaire dans le traitement suivant l'invention, on a constaté qu'il était avantageux de vérifier
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si, dans ce mélange, il existe une proportion de sucre inverti (mélange en parts égales de lévulose et de dextrose), supérieure à la quantité initialement présente dans le sucre brut dont le sirop a été tiré. Toute proportion excédentaire de sucre in- verti est normalement due à des déficiences de la technique de raffinage, sauf si elle a été ajoutée intentionnellement.
Dans cette gamme, relativement large, de degrés de pureté du sirop, on a constaté qu'une proportion excessive de sucre in- verti dans la quantité totale de solides non sucrose contenus dans le sirop est particulièrement préjudiciable car elle tend à diminuer la résistance à l'agglomération du sucre final. Une caractéristique de l'invention est que, ainsi qu'on l'a men- tionné plus haut, la cristallisation instantanée tend à com- penser cet effet nocif de la pureté relativement faible du sirop alimentaire.
Une technique permettant de déterminer si la teneur en sucre inverti est excessive consiste à mesurer le rapport sucre inverti/cendres dans le mélange de sirops. Ce rapport ne doit pas être supérieur à environ 3,0 pour un sirop à 85-91% de pureté. En général, le rapport sucre inverti/cendres qu'on trouve dans le sucre brut est de 2,0-2,5 et on élimine des proportions à peu près équivalentes de sucre inverti et de cendres dans les opérations normales de raffinage du sucre.
Par conséquent, si les opérations de raffinage du sucre s'ef- fectuent normalement, le rapport sucre inverti/cendres doit rester sensiblement inchangé dans les sirops de granulés et de refusion. Un rapport de 3,0-3,5 ou plus pour l'un quel- conque de ces sirops montre qu'il se produit une certaine in- version pendant le raffinage du sucre. Toutefois, on peut tolérer des rapports sucre inverti/cendres dans le cas de
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sirops alimentaires de haute pureté. Le tableau 1 ci-dessous in- dique un rapport sucre inverti/cendres satisfaisant et suffisam- ment sûr pour des sirops alimentaires de diverses puretés. cest- à-dire un rapport capable de produire un sucre final satisfai- sant et vendable.
TABLEAU I
EMI21.1
<tb> Pureté <SEP> du <SEP> sirop <SEP> alimentaire <SEP> Rapport <SEP> sucre <SEP> inverti <SEP> cendres <SEP>
<tb>
<tb> (I/A) <SEP> à <SEP> ne <SEP> pas <SEP> dépasser
<tb>
<tb> 85-91 <SEP> 3,0
<tb>
<tb>
<tb> 91-93 <SEP> 3,5
<tb>
<tb>
<tb> 93-97 <SEP> non <SEP> critique
<tb>
Pour la mise en oeuvre de l'invention il est préfé- rade, lorsque l'on utilise des sirops alimentaires contenant du sucre inverti, que ce dernier ne représente pas plus de 12% en poids du sirop alimentaire et, avantageusement, pas plus de 8% en poids.
Pour améliorer la couleur du produit et augmenter le degré de blancheur du sucre, on peut ajouter au sirop concen- tré divers additifs spéciaux, tels que de petites quantités d'acide phosphorique ou de divers sels d'acide phosphorique, tels que les sels de métaux alcalins, par exemple les sels de sodium,de préférence sous la forme d'une solution aqueuse sa-' turée, ceci juste avant, ou au moment, où ce sirop est intro- duit dans le cristalliseur ou même éventuellement, au sirop contenu dans le concentrateur. Les matières essayées et les 'quantités qui se sont révélées efficaces sont indiquées au tableau II ci-dessous.
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TABLEAU II
EMI22.1
<tb> Matière <SEP> Formule <SEP> % <SEP> en <SEP> poids,
<tb>
<tb>
<tb> calculé <SEP> sur
<tb>
<tb>
<tb> les <SEP> solides
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> sirop
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acide <SEP> phosphorique <SEP> H3PO4 <SEP> 0,1-0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphate <SEP> diacide
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> monosodique <SEP> NaH2PO4 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphate <SEP> acide
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> disodique <SEP> Na2PHC4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphate <SEP> trisodique <SEP> Na3PO4 <SEP> "
<tb>
Ces additifs ne semblent pas altérer les caractéristi- ques inventives du produit, à l'exception de la couleur.
On peut également utiliser d'autres sels, en dehors des sels de sodium de l'acide phosphorique qui ont été cités ci-dessus, dont les phosphates de potassium, de calcium et magnésium, ainsi que d'autres acides, dont l'acide citrique et l'acide ascorbique, et leurs sels.
Une autre particularité de l'invention est que le battage par percussion exécuté dans le batteur-cristalliseur 39 décrit dans le présent mémoire donne un produit présentant un degré de blancheur meilleur que celui d'un produit qui a été cristallisé plus lentement, par exemple, par une agitation sans percussion telle qu'elle est produite dans les appareils du type Werner décrits dans le brevet 3.194.682 précité. La blancheur recherchée peut être obtenue dans une grande mesure suivant l'invention sans aucun additif ou bien, en variante, si l'on utilise des additifs, on obtient un bon degré de blan- cheur sans que les divers paramètres du traitement en amont et en aval du batteur-cristalliseur 39 ne soient aussi critiques.
Les sucres réalisés suivant l'invention sont parti-
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culièrement utilisables comme supports pour d'autres substances.
Ces autres substances, o'est-à-dire les additifs, qui peuvent avoir une valeur nutritive, ou de saveur ou de couleur, ou en- core une valeur médicinale etc..., peuvent être incorporées pratiquement à n'importe quel stade du traitement par exemple, pendant la concentration, la cristallisation, la broyage, le tamisage, ou bien par une opération séparée de mélange ou de brassage suivant la nature de l'additif.
'
Par exemple, si l'additif est soluble dans l'eau et sensiblement non volatil, notamment s'il s'agit d'un sel miné- ral, on peut l'incorporer dans la cuve de mélange des sirops, en même temps que le sirop, avant la concentration ou bien on peut l'introduire directement dans le concentrateur, par exem- ple, sous la forme d'une solution ou dans le batteur-cristalli- seur sous la même forme. Si 1.'additif est sensible . la chaleur ou sensiblement insoluble, ou bien si l'on ne veut pas intro- duire l'additif sous la forme d'une solution, on peut l'ajouter sous la fome sèche dans le cristalliseur, ou l'ajouter au sucre pendant le séchage ou le broyage et/ou le tamisage .
Si l'additif est soluble dans un liquide de nature alimentaire, volatil, organique tel que l'alcool éthylique, on peut l'intro- dui.re dans le cristalliseur en même temps que le sirop concentré.
Il est généralement souhaitable d'introduire l'addi- . tif aussitôt que possible dans le procédé, afin d'obtenir la réparti tion la plus homogène dans le produit final. Il n'est pas avantageux que des additifs solides et insolubles soient incorporés ni déjà présents dans le sirop au cours de la con- centration, car ces solides tendraient alors à amorcer préma-. turément la cristallisation. Ces additifs solides sont de pré- férence ajoutés au cours de l'opération de cristallisation. Là,
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les additifs sont mélangés intimement au cours de la première phase de l'opération pendant laquelle le sirop passe. de la for- me liquide à la forme pâteuse.
Lorsque la matière contenue dans le cristalliseur a atteint à peu près le milieu de son parcours dans le batteur-cristalliseur ou un point encore plus en aval, la matière résultante composée d'agrégats, constitue un bon mélange du sucre et de l'additif.
Par exemple, on peut incorporer au produit des vita- mines telles que la vitamine D, dans une quantité d'environ lmg par g de sucre. Les vitamines peuvent être ajoutées au sirop avant, pendant ou après la concentration, dans le cas,de vita- mines stables à la chaleur, ou au cours de la cristallisation, du séchage ou du tamisage dans le cas des vitamines décomposa- bles par la chaleur. On peut incorporer des additifs pharmaceu- tiques en toute proportion, suivant l'effet pharmaceutique par- ticulier recherché. Diverses substances pharmaceutiques qui peuvent être incorporées dans le produit comprennent le phospha- te dicalcique et, dans la gamme des faibles concentrations, les divers antibiotiques.
On peut également incorporer au sucre des condiments ou parfums, dans l'ordre de grandeur de
0,1% ou plus en poids, suivant l'intensité de parfum désiré et la nature particulière du condiment. On peut citer comme matières appropriées dans ce-cas, la poudre d'ail, le cacao et la cannelle. Par ailleurs, on peut 6galement incorporer di- verses charges inertes en toute proportion, par exemple la cellulose microcristalline (Avicel), la carboxyméthylcellu- lose, etc... Par ailleurs, on peut également incorporer au sucre les divers produits de transformation de l'amidon, tels que l'amidon de manioc, le mais, les esters d'amidons, les amidons solubilisés, dans l'intervalle de 0,5-25% en poids.
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Par ailleurs, l'on peut encore incorporer au 'sucre diverses autres substances, tell.es que le sirop de pomme de terre (à l'état humide) et le miel et le sirop d'érable, à raison de 0,5-25% en poids.
On décrira maintenant en dotait l'opération de cris- tallisation en regard des figures 1, 2 et 3. Dans le fonction- nement du batteur-cristalliseur 39 on introduit un mélange de sirops concentrés dans une extrémité de l'appareil par la con- duite 41 et, si cet appareil 39 est un batteur-cristalliseur du type Turbulizer, tel que celui représenté schématiquement sur la figure 2, on récupère à l'autre extrémité de l'appareil 39, par la conduite 49, un sucre cristallisé essentiellement constitué par des agrégats de cristaux du sucrose de la taille fondante.
Le fonctionnement du batteur-cristalliseur 39 pour la transformation d'un sirop concentré en agrégats d'aspect sensiblement sec, de cristaux de sucrose de la taille fondante ne varie pas notablement avec les conditions de température et d'humidité ambiantes, non plus qu'avec la pureté du sirop qui alimente l'appareil, grâce à la maîtrise complète qu'on peut avoir des caractéristiques du sucre fourni par le batteur- cristalliseur 39, maîtrise obtenue par le phénomène de battage par percussion. Le temps de séjour de la matière qui est traitée dans le cristalliseur 39, peut être modifié par variation de la vitesse de l'arbre 39a. En variante, on peut réduire le pas des palettes 39b pour allonger le temps de séjour, ou augmenter l'espace 39c.
On estime que le temps de séjour des particules dans le batteur-cristalliseur 39, à une vitesse d'arbre d'environ 1000/1400 t/mn, est d'environ 10 à environ 45 secondes (en supposant une orientation des palettes à 45
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et un débit d'alimentation du sirop d'environ 60 kg de solides par minute). Le temps de séjour doit être au moins suffisant pour que la cristallisation soit complète et une durée d'au moins 30 secondes est préférable. Ce temps de séjour extrê- mement court est rendu possible par la cristallisation prati- quement instantanée du sirop qui se produit au moment de l'im- pact sur'les quelques premières palettes à l'intérieur du bat- teur-cristalliseur 39.
La, cristallisation est sensiblement achevée dès les 3 ou 4 premières secondes du trajet parcouru dans l'appareil 39 cité dans l'exemple et ceci correspond à peu près aux 1-3 premières secondes de percussion.
La température de la matière contenue à l'intérieur du batteur-cristalliseur 39 est maintenue au-dessous d'une limite critique par la circulation forcée d'air qui traverse le batteur-cristalliseur 39, c'est-à-dire de 46a à 48a, con-' curremment avec le sucre. dette circulation d'air forcé est nécessaire pour obtenir un produit d'une qualité supérieure,- ainsi qu'on le décrira en détail-ci-âpres. Il est avantageux de faire travailler le batteur-cristalliseur 39'de telle façon que le sucre produit qui sort de cet appareil par la conduite 49 contienne le minimum de produits de dimension trop forte.
Cette condition est favorisée par la mise en oeuvre de l'op.é- ration de cristallisation et le travail du batteur-cristalli- seur 39 d'une façon telle que la cristallisation qui se pro- duit dans le batteur -cristalliseur 39 s'effectue en l'absence d'eau liquide, telle que celle qui pourrait être produite par la condensation de la vapeur d'eau qui se dégage du sirop à l'intérieur du cristalliseur 39.
Dans le fonctionnement du batteur-cristalliseur 39, la teneur en humidité 'du sucre qui sort de cet appareil par la conduite 49 doit être inférieure
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à environ 2,5% et ce sucre doit avoir de préférence une teneur inhérente en humidité très faible, (1,5%) et être d'une granu- lométrie permettant de le sécher pour le ramener à une teneur en humidité satisfaisante, plus faible, pour donner un produit fluide et qui ne se prend pas en masse, par exemple une teneur inférieure à.environ 0,7% en poids, en un temps relativement court. En outre, le sucre qui sort du cristalliseur 39 ne doit pas être chargé de vapeur d'eau recondensée.
La vapeur d'eau absorbée par les agrégats de cristaux de sucrose de la taille fondante pendant'la recondensation affecte défavorablement les propriétés de résistance à la prise en masse du sucre final produit. Le circulation d'air forcé de 46a à 48a qui a été men- tionnée plus haut élimine en outre entièrement les deux pro- blèmes d'humidité en ce qu'elle élimine toute humidité qui ten- drait à être dégagée ou recondensée au cours de la cristalli- sation. En outre, comme il a été mentionné plus haut, la cristallisation extrêmement rapide dégage l'humidité inhérente d'une façon suffisamment efficace pour tendre à s'opposer à la présence d'un excès d'humidité dans le produit déchargé en 49 grâce à la circulation d'air forcé.
Dans le fonctionnement du batteur-cristalliseur 39 la formation des cristaux de sucrose microscopiques, fins, de la taille fondante, qui sont présents dans le produit sortant du battéur-cristalliseur 39 par la conduite 49, résulte-de la cristallisation très rapide du sucrose du sirop chaud très concentré qui arrive à l'appareil 39 par la conduite 41. La cristallisation rapide du sirop dans le batteur cristalliseur
39 donne naissance à une matière caractérisée par des cristaux; de sucrose extrêmement fins par exemple, des cristaux d'une granulométrie de 3-50 microns, qui composent les agrégats du
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sucre constituant le produit final. Les agrégats ainsi produits sont sensiblement secs, c'est-à-dire secs au toucher.
A 1. 000 t/mn, l'appareil Turbulizer déjà décrit uti- lisé dans l'exemple considéré qui comprend¯un arbre 39A de 23 cm muni de palettes 39b de 4 cm de largeur, dont le centre de gravité de surface est à environ 7,5 cm de.la surface ex- terne de l'arbre 39a atteint une vitesse de palettes (mesurée à . ce centre de gravité) d'environ 1. 200 m/mn ou 20 m/s. A cette' vitesse, les palettes 39b jouent essentiellement leur rôle d'organe de percussion pour le sirop introduit en 41 et, ainsi qu'on l'a mentionné plus haut, le sirop est cristallisé en 1-3 secondes. Pendant le reste du temps de séjour (le reste d'au moins 10 et de préférence au moins 30 secondes), le produit cristallisé est apparemment rendu uniforme en granulométrie et en composition.
Une particularité de l'invention est que la cristallisation s'effectue si rapidement que la matière n'est pas maintenue à une température élevée (quelle que soit la tem- pérature) pendant longtemps, ce qui entraînerait un risque de dégradation, ou de carbonisation, qui est naturellement préju- diciable à l'aspect ou au goût et à la composition révélée par l'analyse.
Les caractéristiques thermo-dynamiques de la cristal- lisation rapide effectuée dans le batteur-cristalliseur 39 sont telles qu'il n'est pas possible d'éviter ces températures élevées (qui ne seraient cependant que de faible durée)par l'emploi d'une chemise d'eau. Le gradient de température serait trop raide pour éviter la recondensation de l'eau dégagée au cours de la cristallisation.
On a constaté au contraire qu'une circulation d'air forcé entre 46a e 48a sous l'influence des ventilateurs 46 et 48 est nécessaire pour maintenir la teneur
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en sucre à l'intérieur du batteur-cristalliseur 39 au-dessous du niveau critique qui provoque la carbonisation et que la cir- culation d'air forcé est également nécessaire pour éliminer l'humidité qui se dégage au cours de la cristallisation parce que cette humidité pourrait se recondenser et provoquer des irrégularités dans le produit.
Une caractéristique importante de l'invention est que, lorsqu'on utilise un batteur-cristalliseur 39 du type à percussion et que l'on emploie le débit approprié d'air forcé entre 46a et 48a, le sirop alimentaire introduit en 41 peut varier notablement en concentration (par exemple 94-96% de solides) et autres caractéristiques sans que le produit obtenu en 49 ne soit affecté défavorablement c'est-à-dire rendu irré- gulier par ces variations. Ceci constitue un progrès d'une immense importance pratique car, ainsi qu'on l'a déjà dit, la régularité de la qualité, en particulier en ce qui concerne l'aspect et le goût est d'une importance primordiale pour un produit de table ou de cuisine tel que le sucre.
On a constaté que, lorsqu'on ne fait pas passer d'air de 46a à 48a, c'est-à-dire lorsque les orifices débouchant dans le batteur-cristalliseur 39 de la figure 2 sont obturés, le produit sortant en 49, bien qu'ayant une granulométrie uniforme, présente des irrégularités de coloration, de taille des agglomé- rats, d'analyse et est déchargé à une température excessivement élevée. Lorsqu'on introduit le débit convenable d'air forcé par les ventilateurs 46 et 48, ces défauts de régularité disparais- sent et la température de sortie diminue très sensiblement.
Lorsque les orifices 46a et 48a de la figure 2 sont ouverts mais que les ventilateurs 46, 48 ne sont pas branchés, c'est-à-dire lorsqu'il ne pénètre dans le batteur-cristalliseur 39 que de
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l'air entraîné par l'orifice 46a, les résultats sont encore plus mauvais que lorsque les orifices 46a, 48a sont entière- ment fermés. En effet, l'air entraîné introduit un suppl6ment d'humidité qui, comme on l'a constaté, détermine un défaut de régularité des agrégats, et la présence d'une humidité excessive dans le produit, qui sont encore plus accentués que dans l'exemple cité, c'est-à-dire lorsque les orifices 46a et 48a sont entièrement fermés.
Le débit d'air forcé qu'il est nécessaire de faire passer dans le batteur-cristalliseur 39 pour obtenir le pro- duit désiré varie naturellement avec le débit de matière qui traverse le batteur-cristalliseur, mais, en général, pour être satisfaisant, le volume doit être au moins suffisant pour éviter toute élévation appréciable de la température dans le sucre au cours de son passage dans l'appareil 39 (en dépit de la forte source de frottement résidant dans l'interaction des palettes 39b et de la masse sucrée) de façon qu'il ne puisse se produire ni carbonisation, ni même début de carbonisation.
On a constaté que le débit de circulation d'air cité plus haut est suffisant pour éliminer la totalité de l'humidité dégagée dans le batteur-cristalliseur 39 au cours de la cristallisation.
Ainsi qu'on le montre sur la figure 3, le traitement combiné de battage par percussion et de circulation d'air for- cé fait suite à la phase de la préparation d'un sirop alimen- taire approprié pour être introduit en 41. Le produit résul- tant obtenu dans la phase de traitement de battage par per- cussion et de circulation d'air forcé est supérieur pour les critères mentionnés plus haut, à tel point qu'il est égale- ment possible d'adopter des modes simplifiés de séchage, re- froidissement et calibrage.
Ainsi qu'on l'a dit plus haut,
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l'ensemble du traitement continu est avantagé par les excel- lents résultats de la phase de battage par percussion ot de traitement par circulation d'air forcé., en ce que ses autres phases ont des conditions moins critiques, par exemple en ce qui concerne la concentration du sirop alimentaire. Sur la figure 3, le produit de la phase de battage par percussion et de traitement à l'air forcé est soumis à un séchage, re- froidissement, et calibrage pour former le produit définitif.
Les exemples suivants illustreront l'invention.
EXEMPLE 1.
On a employé dans des études en installations pilo- tes un Turbulizer fabriqué par le constructeur mentionné plus hau t, et avec la même conception de base, mais ayant une plus faible capaci té. Les dimensions significatives de ce Turbulizer étaient un diamètre intérieur de cylindre 39b de 35 cm, une distance de 60 cm de l' entrée 41 à la sortie 49, un diamètre de 7,5 cm pour l'arbre 39a, et un pas de 30 pour les palettes 39b. Le Turbulizer était alimenté par un sirop alimentaire ayant une pureté de 93% à 125"C., ayant un coefficient Brix de 95% de solides totaux, au débit de 7 kg de solides par minute.
Le Turbulizer travaillait à 2. 000 t/mn et les orifices d'air étaient entièrement fermés. Le produit cristallisé était re- cueilli et on a constaté qu'il avait une température de 140 C, comportait des agglomérats irréguliers, et présentait une co- loration et une analyse irrégulières. Le produit présentait également une saveur et une odeur de brûlé. La dimension des agrégats était médiocre, pour autant qu'on a pu la déterminer à l'état brûlé.
EXEMPLE 2. -
On a répété l'exemple 1 en abaissant la vitesse à
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1250 t/mn. Le produit présentait moins d'odeur et de saveur de brûlé et une moins forte irrégularité d'analyse et de colora- tion (mais ces deux caractéristiques étant cependant encore mauvaises). Le produit était plastique et inacceptable.
EXEMPLE 3. 4.-
On a répété les exemles 1 et 2 mais on laissait pénétrer de l'air entraîné dans le Turbulizer en ouvrant les orifices de ce dernier. Les efets de brûlure étaient atté- nués (mais encore inacceptables),mais le produit était en géné- ral de plus mauvaise qualité que celui des exemples 1 et 2, en ce que la dimension des grains était plus irrégulière et que la teneur en humidité était si variable en distribution dans la masse qu'elle rendait le produit inutilisable. La température de sortie du produit était de 120-130 C.
EXEMPLE 5. -
On a répété l'exemple 2 mais en utilisant un courant d'air forcé de 8.400 1/mn (1350 1 d'air par kg. de solides de sucre). Le produit était régulier à tous égards, il ne présen- tait pas d'odeur ni de saveur de brûlé et sa teneur en humidité était de 0,9% en poids. La température de sortie du produit était de 110 C.
EXEMPLE 6=
On a chargé dans le Turbulizer tel qu'il est décrit dans le présent mémoire (c'est-#-dire l'appareil de 50 cm de diamètre extérieur décrit avant les exemples), un sirop à la température adoptée dans les exemples précédents et présentant la même composition. Le Turbulizer travaillait à 1250 t/mn et on faisait passer, à travers les orifices 46a, 48a, 42.000 1/mn d'air (1000 1 d'air par kg." de solides de sucre) l'air pénétrant dans l'appareil étant à une température am-
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biante de 32 C, le temps de séjour étant évalué à 30 secondes.
La température de sortie du produit était'de 110 C. On a ob- servé que le produit avait une coloration uniforme, (avec un degré de blancheur élevé), une dimension de grain uniforme, avec des agrégats réguliers, une analyse uniforme et une teneur en humidité de seulement 1,1% en poids.
EXEMPLES 7. 8 et 9.-
On a répété l'exemple 6 en modifiant la pureté du sirop alimentaire comme suit : 92, 93 et 94% de pureté respec- tivement dans les trois exemples. A chaque fois., en dépit de cette variation et d'autres modifications observables dans la composition du sirop alimentaire, le produit ne présentait pas de modification perceptible.
EXEMPLE 10. -
On a répété l'exemple 6 et on a modifié la vitesse du Turbulizer (t/mn) tandis que l'on faisait également varié le débit d'air passant dans l'appareil. On a constaté que le produit était aussi bon à tous égards que celui de l'exemple 6, à condition d'augmenter le débit d'air forcé lorsqu'on augmen- tait sensiblement la vitesse de l'arbre. Si l'on augmentait nettement la vitesse de l'arbre sans augmenter.le débit d'air, on commençait à observer des effets de carbonisation commençante.
Le produit obtenu à l'exemple 6 a été séché, refroi- di, et classé conformément aux modes opératoires décrits plus haut et on a constaté qu'il avait l'analyse granulométrique indiquée ci-dessous au tableau III.
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TABLEAU III
EMI34.1
<tb> dimensions <SEP> non <SEP> broyé <SEP> broyé
<tb>
<tb>
<tb> refusé <SEP> au <SEP> tamis <SEP> à
<tb> mailles <SEP> de <SEP> 1,4 <SEP> mm <SEP> 40,0 <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,0 <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> passant <SEP> au <SEP> tamis <SEP> à <SEP> .
<tb> mailles <SEP> de <SEP> 1,4 <SEP> mm <SEP> et
<tb> refusé <SEP> au <SEP> tamis <SEP> à
<tb> mailles <SEP> de <SEP> 0,3 <SEP> mm <SEP> 52,0 <SEP> en <SEP> poids <SEP> 70,0 <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> passant <SEP> au <SEP> tamis <SEP> à
<tb> mailles <SEP> de <SEP> 0,3 <SEP> mm <SEP> 8,0 <SEP> en <SEP> poids <SEP> 30,0 <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Une particularité caractéristique de l'invention est que la fraction de l'analyse granulométrique (non broyé) passant.
au tamis à mailles de 1,4 mm et refusée au tamis à mailles de 0,3 mm est beaucoup plus importante que celle obtenue avec une cristallisation du type sans percussion et également que les fractions refusées au tamis à mailles de 1,4 mm ou passant au tamis à mailles de 0,3 mm sont nettement réduites.
On a constaté que le battage par percussion effectué dans le Turbulizer de l'exemple cité, qui a un diamètre exté- rieur de 50 cm, peut travailler à une vitesse de rotation correspondant à environ 9-45 mètres/seconde de vitesse du centre de gravité de la surface des palettes. L'intervalle préféré de vitesse des palettes est de 15-25 mètres seconde.
La géométrie des palettes et leur angle d'orientation n'a pas d'effet primordial sur la rapidité de la cristallisation, cette cristallisation étant essentiellement un phénomène de percus- sion. Toutefois, ces paramètres affectent naturellement le temps de séjour etc., ainsi qu'il a été mentionné plus haut.
On a constaté qu'avec les vitesses moyennes de palettes qui ont été indiquées plus haut, il convient que l'air soit refoulé à travers l'appareil avec, un débit correspondant, qui peut atteindre environ 84000 1/mn, suivant les conditions imposées
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par le sirop alimentaire donné, pour qu'il ne se produise pas de commencement de carbonisation. On peut obtenir ce ré- ' sultat en surveillant la matière en traitement dans lé bat- ' teur-cristalliseur 39 de façon à empêcher le sucre de s'échauf- fer dans l'appareil, ou simplement en ajustant le débit d'air forcé à travers l'appareil par la surveillance de l'instant où les effets de carbonisation commençante apparaissent et en augmentant légèrement le débit de façon à éliminer ces effets.
Ce volume d'air assure la fonction supplémentaire né- cessaire consistant à refroidir initialement le sirop alimen- taire 41,juste après son entrée dans le cristalliseur 39, de façon que la cristallisation soit renforcée par l'effet résultant de saturation exercé sur le sirop à son entrée dans l'appareil. Le choix du débit d'air forcé sera donc dicté par les autres critères mentionnés plus haut.
La production de matière sucrée peut varier dans de larges limites suivant l'ajustement du pas des palettes 39b, de la vitesse de l'arbre, etc., en réponse aux varia- tions de l'aspect du produit, de la teneur en humidité, etc.
Lorsque le débit de production de produit sucré est d'environ 60 kg/mn (avec le diamètre de 50 cm décrit plus haut pour.la dimension 39b du Tubulizer), on a constaté qu'un débit d'en- viron 42.000 1/mn d'air donne de bons résultats.. En général, lorsque le débit de production du produit varie, le débit d'air nécessaire tend également à varier. On a constaté que le rap- port entre le débit de circulation forcé d'air et la produc- tion en kg/mn de produit sucré donne de bons résultats lors- qu'il est compris entre 600 et 1.350 1/mn. kg mn.
Il va de soi que la découverte du fait que l'on peut
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battre par percussion à gr de vitesse un sirop de sucre con- centré en obtenant de bons résultats, apporte un net progrès à la technique. Le sirop n se prend pas en une masse pâteuse ainsi qu'on pouvait s'y attendre mais il donne au contraire effectivement un produit d'une qualité supérieure par une technique supérieure. Le fait que la cristallisation soit très rapide signifie que la tenur en humidité, mesurée directement à la sortie du cristalliser 39 est abaissée et que par con- séquent, on peut employer des sirops de moindre qualité.
Cette absence relative de sensibilité à la qualité du sirop se tra- duit pa.r la possibilité, obtenue pour la première fois, d'uti- liser une large diversité de sirops alimentaires en donnant cependant un produit relativement uniforme. En outre, la ra- pidité de la cristallisation et la modicité du temps de séjour se combinent pour éviterj lorsqu'on emploie le dé- bit d'air approprié, les irrégularités d'analyse, de di- mension des cristaux, de dimension des agglomérats et de colo- ration qui, autrement tendraient, à se produire. On obtient pour la première fois un haut degré de blancheur sans additifs.
Finalement, l'ensemble du traitement conti- nu pratique est amélioré, même au-delà de l'amélioration ap- portée par les phases suivant l'invention, du fait que, grâce. à l'invention, le traitement 'exige un sirop alimentaire moins critique que précédemment, une intensité de séchage plus fai- ble, un classement moins particulier, etc. On obtient donc un traitement, qui est dans l'ensemble, plus efficace, plus souple, plus économique. Le seul fait que l'on puisse faire varier lar- gement le degré de pureté du sirop alimentaire sans affecter sensiblement l'aspect du produit sa résistance à la prise en masse, sa teneur en humidité etc., constitue un progrès
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technique important.
Bien que l'invention ait été décrite sous une forme relativement particulière, il va de soi que l'on peut apporter aux formes et modes de mise en oeuvre décrits et représentés diverses modifications et variantes, notamment par substitu- tion de moyens équivalents, sans pour cela sortir du domaine de l'invention. Les exemples sont en particulier illustra tifs et non limitatifs.
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Preparation process. of a fluid granulated sugar.
The present invention relates to a flowable, non-solidifying Cree sugar, comprising essentially aggregates of melting-sized sucrose crystals.
Sugar crystals, which are essentially made up of
EMI1.1
tituated by sucrose "when" 11s are interdispersed with sticky and / or hygroscopic matter (natural or artificial) .. present problems of solidification and
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lack of fluidity. Brown sugar contains molasses-like constituents which are hygroscopic and therefore brown sugar can be included in this class.
Although we remember. More particularly referred to in this specification in brown sugar, the principles of the invention are equally applicable to all other members of the class which have this problem. It is well known in the art of refining sugar that brown sugar could be made granular and 'flui-. if the sugar could be reduced to a uniform product, of melting size (crystals of about 3-5 microns). The problem is well known and it is understood that it results from the fact that large crystals of brown sugar have a relatively thick outer coating of sticky constituents, of the molasses type mentioned above, which cause neighboring crystals clump together and no longer flow.
If brown sugar could be crystallized into extremely fine crystals, even if the proportion of molasse-like constituents remained the same, the distribution of these constituents on the surface per unit weight, greatly enlarged, would ultimately lead to a certain stage. from the reduction in the dimensions of the crystals, to creating a film of constituents of the molasses type sufficiently thin on the crystals so that the sticking and the agglomeration of the adjacent crystals no longer occur.
It is well known to those skilled in the art of cooking and baking, that brown sugar is a tasty and very advantageous culinary resource, but that it is very difficult to handle because of the problem described above, which is posed by its sticky and agglomeration characteristics.
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There has been a very pronounced desire on the part of consumers and users to have a fine and fluid brown sugar. The advantages of such a material are obvious and include ease of measurement, ease of dispensing and dusting, and many others. practical advantages.
Although, as indicated above, the problem contains in itself its theoretical solution, in that the reduction in the size of the crystals would ultimately produce the desired product, the technique has not yet No practical method has now been proposed for the production of brown sugar crystals of melting size. The reasons for this deficiency are obvious to those skilled in the art of sugar refining. Sugar is a relatively low-priced item which, however, receives extreme care and criticism from the user and all quality control criteria, especially those that relate to taste and appearance are therefore vital in determining whether or not a proposed treatment or improvement for the production of sugar is useful.
In other words, the production of melting sugar crystals and brown sugar should not involve unnecessary expense, it should be an entirely continuous process, and it should in no other way be an obstacle to the desirability of the products. .
In the patent of the United States of America 3,194,682, a process has been described for obtaining brown sugar crystals of melting size, cited above, which allows to obtain crystallized sugar, fluid and not susceptible to mass, we are looking for. The present invention
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constitutes an improvement over the invention of the cited patent, which mainly resides in the fact that an advantageous treatment can be obtained from the point of view of the cited manufacturing criteria, such as quality control, economy, etc. ... In addition, an advantageous improvement is obtained in the size and nature of the product obtained by the present invention.
An object of the invention is to achieve an improved treatment for the manufacture of sugar-based products containing aggregates of sucrose crystals of melting size and which have improved properties with regard to storage in warehouses or stores, fluidity and bulking.
The object of the invention is therefore a process for the preparation of a fluid crystallized sugar which consists in concentrating a sugar syrup at a temperature between 1300 and 140 ° C., to bring it back to a solids content of 91- 97%, that sugar syrup containing not more than 15% by weight of solids not constituted by sucrose, which include invert sugar, corn syrup, potato syrup, dextrose, maltose, lactose and the molasses constituents of molasses, this proportion being calculated on the basis of the solids contained in the syrups, subjecting a stream of the resulting concentrated sweet syrup to percussive beating in a crystallization zone, subjecting the syrup during this beating , by the action of a forced current of gas through the crystallization zone,
this current being at least sufficient to avoid any increase in the temperature of the syrup and of the product possibly resulting from this syrup, and to evacuate the water vapor produced in the zone of
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crystallization, the gas stream and the syrup, and optionally the product resulting from this syrup being intimately mixed in said crystallization zone during the beating, the residence time of the sugar thus introduced into the crystallization zone being between approximately 10 and about 60 seconds, and recovering from said crystallization zone a crystallized sugar composed of aggregates of sucrose crystals of melting size having a size between 3 and 50 microns, this crystallized sugar having a moisture content of less than 2.5% by weight.
The following description, given with reference to the appended drawing, describes without limitation, one embodiment of the invention.
On these drawings:
Figure 1 is a process flow diagram which schematically shows a process according to the invention for the manufacture of a sugar containing sucrose and essentially consisting of aggregates of sucrose crystals of melt size;
Figure 2 is a schematic representation of a beater-crystallizer shown in the flow diagram of Figure 1, and showing interior details of the construction;
FIG. 3 is a block diagram of the phases of the treatment according to the invention.
It has been found that violent percussion, of an order of magnitude previously considered impossible to implement, is capable of rapidly crystallizing concentrated sugar syrup containing sucrose (for example at 91-97 % solids, and not containing more than 15% solids
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non-sucrose, these two proportions being indicated by weight) and that a forced air current discharged during this violent beating gives rise to a product of uniform color, unburned having a superior fluidity.
The results provided by the invention are surprising to those skilled in the art of sugar production, even to those skilled in the art of the operation of the "Werner" type beater-crystallizer disclosed in the aforementioned patent. The peculiarities of this result, entirely unexpected, will be detailed below, but it will be useful for understanding to indicate here that it was already known that the concentrated syrup, with stirring for example in a mixer of the "Werner" type , begins by showing the beginning of crystallinity, then turns into a very viscous paste, then shatters into aggregates of distinct crystals.
The intermediate pasty phase seemed to be totally excluded, considered from the angle of all the criteria of sugar technique, threshing by percussion and it seemed that, with such a pasty mass, the blocking and mechanical seizing of the apparatus of the percussion type were inevitable. Contrary to expectation, however, the very intense percussive beating carried out in accordance with the present invention has the effect of either penetrating the pasty phase before it has been able to cause damage, or by causing damage. sublimation-type mechanism, to completely avoid the pasty phase. This discovery was entirely unexpected and entirely unpredictable from previous experience.
Not only is the process (the threshing) shortened by about 2 minutes to a duration of the order of 10 seconds, but the product is superior from various points of view, which was also entirely unexpected. However, the superiority
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of this improvement can only be obtained under the conditions of forced air circulation during the percussion beating indicated above, as will be described hereinafter ...
'
Most of the sugars prepared in accordance with the present invention are derived from syrups of edible sugars having a purity of between about 85 and about 97%. When it is desired to obtain a sugar having a flavor intensity equivalent to that of the commercial shades of sweet or brown sugar, it is generally advantageous to employ an edible sugar syrup having a purity of about 94% or less.
The food syrups used according to the invention can be produced, generally with a constant cavity, from syrups, pure or mixed, from a cane sugar refinery, these syrups possibly comprising pure sucrose syrups, granulated syrups, etc. sweet syrups and / or mechanically filtered syrups, such as remelted syrups, raw and ripening syrups, as produced in a normal sugar refinery, or after re-processing of these syrups, in for producing a syrup suitable for the conventional manufacture of sweet sugar.
The non-sucrose solids contained in food syrups in the practice of the invention may also be wholly or partially constituted by invert sucrose (composed of equal parts of sucrose and levulose, so-called invert sugar) or of invert sugar. other reducing sugars obtained by conventional starch processing treatments and which are generally called corn syrups, potato syrups, dextrose, maltoso, etc. The non-sucrose solids contained in al- syrups
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may also be composed of lactose and sugars derived from very diverse materials such as honey, maple syrup, etc.
Non-sucrose solids may further optionally be derived from molasses or from molasses constituents of molasses, which include flavor and / or color constituents and ash constituents, invert parts thereof etc., as well as materials from these constituents. a foreign source which is not usually produced, separated and / or recovered in a sugar refinery.
The edible sugar syrups employed in the practice of the present invention, and which are generally indicated above, can be produced from a wide variety of mixtures of sugar syrups. For example, a constituent of a food sugar syrup in the practice of the invention may be a pure sucrose syrup. In the practice of the invention, an edible sugar syrup suitable for the production of a flavorful sugar would be an edible sugar syrup of 93% purity, composed of a mixture of sugar syrups. Sugar consisting of about 84 parts of 100% purity sugar syrup and 16 parts of sweet cane sugar refinery syrup, about 55% purity, provided the syrups are of substantially equivalent Brix.
In Fig. 1 of the drawings there is shown schematically a flow diagram for the production of sugars having particular properties according to the invention. A stream of sugar syrup from a suitable source, which may be a granulated sugar syrup, is supplied through line 10 to a mixing tank 11. It is added.
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also to the mixing tank 11, through a line 12, another stream of sugar syrup of a suitable purity so as to produce in the mixing tank 11, after stirring by means of a stirrer 14, a uniform mixture of sugar syrup having a purity of the order of 85-97.
The resulting mixture is sent from the mixing tank 11, through a line 15, to a pump 16 from which it is delivered, through a line 18, and through a control device. A suitable flow, such as a rotameter 19, the flow control through the rotameter 19 being regulated by means of a flow control valve 20a, which is placed in the outlet line of the rotameter 19.
After passing through the flow control valve 20a, the syrup mixture is sent through a line 20, to a suitable heater such as the tubular heater 21, which is supplied with steam serving as heating fluid, the steam sent to the heater. heater 21 being sent through line 21a and the condensed steam which leaves the heater leaving this heater through siphon 21b ..
The hot mixture of sugar syrups leaves the heater 21 through a pipe 22 which is provided with a suitable thermometer 22b serving to observe the temperature of the sugar syrup and / or to control the operation of the heater 21 so that the mixture of sugar comes out of this heater to an appropriate temperature. Line 22 sends the hot syrup mixture to concentrator 24, which is supplied with water vapor constituting the heating fluid through line 24a, the condensate being recovered by trap 24b. The resulting hot syrup mixture is discharged from concentrator 24 through line 25 at no higher temperature.
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at about 120-130 C.
A thermometer 25a is interposed on line 25 to observe the temperature of the mixture of syrups which leaves the concentrator 24 and to control the operation of this apparatus so as to prevent the mixture of syrups which leaves the apparatus from being heated to a temperature. temperature above 120 -130 C.
The hot syrup mixture is sent from concentrator 24, through line 25, to vapor separator 26 which is advantageously maintained, as shown in the drawing, under a suitable vacuum or vacuum. A manometer 28, connected to the vapor separator 26 by a pipe 28a is used for. observe the negative pressure or vacuum prevailing in the separator 26. The negative pressure or vacuum is maintained in the vapor separator 26 by means of a vacuum pump 29 which is in communication with the separator 26 via a line 30, a condenser 31 and a pipe 32. The condenser 31 is supplied with condensation water by a pipe 34 in which is inserted a valve 34a for adjusting the water flow.
The vapor which leaves the vapor separator 26 through the pipe 32 is condensed by contact with the condensation water introduced into this condenser and the mixture of vapor and condensate which results therefrom is discharged through the pipe 3.5 and falls into the tank or well 36. An air leakage valve 30a is interposed in line 30 and constitutes an appropriate means for adjusting and / or maintaining the desired depression or vacuum in the steam separator 26.
In the operation of the process according to the invention for the preparation of marketable sugars, it has been found that the concentration of the mixture of syrups in the concentrator 26 can be increased to a content of.
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solids of about 91-97% by weight, the resulting concentrated syrup being recovered from vapor separator 26 through line 38.
As shown in Figure 1 of the aforementioned patent, at atmospheric pressure, the temperature necessary to concentrate a given syrup in order to achieve a desired high degree of solids content such as about 95% of solids, is a function of the purity of the syrup, that is, the percentage of sucrose existing in the total dissolved solids content of the syrup. In the treatments employed heretofore, when syrups of relatively low purity, below about 95%, were concentrated to solids contents of about 91-97%, tempers were employed. - concentration erasures greater than 125-130 C, the concentration operation being carried out at atmospheric pressure.
As shown in Figures 2 and 3 of the aforementioned patent, sugar syrups heated to a temperature above 125-130 ° C. undergo severe degradation, which is indicated by a decrease in the pH of the product. food syrup and by an increase in the coloring of the food syrup and the final sugar obtained. Degradation occurs even though the time required for the concentration of the sugar is very easy and the concentration operation is carried out quickly, for example by the use of heaters and concentrators with low residence time.
However, whatever degree of degradation of sugar occurs, this degradation is undesirable in that the products of the degradation tend to reduce the rate at which crystallization can be effected, resulting in the formation of large crystals of sugar. sugar in the subsequent crystallization operation. The presence of large sugar crystals
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in the products according to the invention is undesirable because these large crystals tend to reduce the anti-caking characteristics of the sugar produced.
A feature of the improvement provided by the invention is that crystallization is carried out so rapidly and the size of the crystals is so normally small, within the range of melt sizes, that a degree can be tolerated. relatively high syrup degradation while still obtaining a commercially acceptable end product. Of course, if the degradation of the syrup is kept low, this advantage manifests itself in an improvement in the color, uniformity of the Product and the size of the creases.
The rate of syrup degradation at elevated temperatures, above about 125-130 ° C, strongly depends on the nature of the non-sucrose solids which are present in the sugar syrup. In commercial practice, it is not conceivable to attempt to control the nature of these non-sugars. These materials vary with the country of origin of the raw sugar from which the sugar syrups are derived, with the various refinery techniques of the various factories as well as with the refining operation schedules and other conditions.
As a result, different syrups, of the same purity, concentrated at a given high temperature, and at a desired solids content, even during a fixed heating period, give characteristics of different qualities, such as color and pH. Therefore, in industrial practice, it is substantially impossible to produce a sugar having uniform and productive qualities and physical characteristics when the syrups from which the sugars are derived.
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are brought to a high temperature, above about 125 -130 C.
On the other hand, in the operation of the vapor separator 26, care must be taken not to effect the concentration of the syrup mixture under conditions, such as the presence of sugar crystals, which cause the cris.-; tallization. If crystallization is caused in concentrator 24 or in vapor separator 26, or in the concentrated syrup which leaves this apparatus through line 38 before being introduced into beater-crystallizer 39, the speed of crystallization in this apparatus 39 will be reduced.
The decrease in the rate of crystallization results not only in the formation of larger crystals but also in the production of a wetter final sugar. On the other hand, for example, if in the operation of the vapor separator 26, the syrup mixture contained in this separator is concentrated beyond a certain point at a relatively low temperature, for example substantially below 120 C, spontaneous crystallization tends to occur.
It is a feature of the invention that the rate of crystallization is so rapid in beater-crystallizer 39 and the effects of the critical air flow through this crystallizer are so beneficial that a certain proportion can be tolerated. of crystallization upstream of the mixer-crystallizer 39 without this rendering the final product unacceptable. Naturally, if the crystallization upstream of the beater-crystallizer 39 is kept at a low level, the advantages of the invention are manifested by obtaining a final product which is superior in color, size, uniformity, etc.
Here, as in the rest of the description, it will be avoided
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The unexpected effect of percussive beating of the syrup in the presence of a dose-forced forced air stream is responsible for these benefits, as it makes the other parts of the flow pattern less critical and less sensitive.
In the sugar industry, where, as has been explained elsewhere, the starting materials are never entirely uniform, this decreases the sensitivity of so many other parts of the flow pattern. obtained in spite of everything with a corresponding increase in the quality of the product, is of extremely great practical importance.
The relatively hot concentrated syrup is sent through line 38 to a pump 40 from where it is sent, through line 41, to beater-crystallizer 39. The hot concentrated syrup should have a solids content of 91- 97% by weight.
As shown as a whole in FIG. 1, the beater-crystallizer 39 is a closed container provided with a rotating shaft 39a mounted axially and provided with radial protuberances, blades or vanes 39b. Suitable means, such as a motor 44, connected to the shaft 39a, serve to rotate the shaft 39a and the vanes 39b inside the beater-crystalizer 39.
The essential feature of the operation of the beater-crystallizer 39 according to the invention lies in the combination of the effects of percussion, turbulence and shear (all these effects having a great intensity) which determine the very rapid crystallization and the setting. in the form of granules of the syrup introduced at 41 into the beater-crystallizer
39. An apparatus suitable for ensuring this combined effect is the apparatus called "Turbulizer", manufactured by Strong-Scott.
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Manufacturing Company Minneapolis, Minnesota (United States of America).
In FIG. 2, there is schematically shown the Turbulizer manufactured by the aforementioned manufacturer employed as beater-crystallizer 39. The casing 39d has a substantially cylindrical exterior shape and a substantially cylindrical interior shape. The central shaft 39a is of large size compared to the diameter of the cylinder 39d. For example, in a cylinder 39d with an internal diameter of 50 cm, a shaft 39a with an external diameter of 23 cm gives good results.
The blades or paddles 39b may be oriented at any angle (eg 45) and in a direction suitable to advance material from the end adjacent to inlet 41 to the end adjacent to outlet 49. The gap spacer 39c must be different from the narrow gauge which is found in the apparatus as supplied by the manufacturer and, in an apparatus having the dimensions mentioned above and which is a length of about 90 cm, measured from the inlet 41 to the outlet 49, a spacing 39c of the order of 4 cm gives the best results.
This spacing leaves a channel for the passage of the sweet material and prevents the formation of a hard cake of this material on the inner walls of the cylinder 39d which would lead to an accumulation of heat and an alteration of the production flow, as well as other damaging phenomena.
In the case of the dimensions indicated above, a blade or paddle 39c about 4 cm wide gives good results.
The apparatus 39, when a Turbulizer manufactured by the quoted manufacturer is used, operates at a speed of the order of 1000 rpm or more, while the previous apparatus
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laughing described in the previous application of the same Applicant works at a speed of the order of magnitude of 200 rev / min. The difference in speed corresponds to the difference between agitation and percussion in the case of the material in question.
A description will be given below of the operation of the beater-crystallizer 39 according to the invention after having described the remainder of the general flow diagram of FIG. 1.
In Figure 1 we also see that a fan 46 delivers air into the end of the mixer-crystallizer 39 adjacent to the inlet 41 of the syrup, that is to say at 46a, while another fan 48 draws in air through the outlet end 49 of beater-crystallizer 39, that is to say at 48a. The flow of air which is discharged with the sugar over the length of the beater-crystallizer 39 has a significant impact on the higher value of the results obtained according to the invention, as will be shown more particularly in the following. The product which exits from the outlet 49 is composed of aggregates of sugar crystals of the melting size, i.e. 3-50 microns. The aggregate sugar which leaves through the discharge line 49 of the beater-crystallizer 39 is introduced into the drier-cooler 50.
When it is introduced into the apparatus 50, the aggregate sugar is at a temperature of about 50-125 ° C and it has a moisture content of about 0.5-2.5% by weight, for example about 1%. in weight. The dryer-cooler 50 may be any such apparatus which is suitable for this operation and which is commercially available, for example a plate dryer or a rotary dryer, such as A Hersey granulator or a "Roto Louvre" granulator, it can also be a separate dryer and cooler.
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Ambient air is introduced into dryer cooler 50 through line 51 and through heater 52 and line 54 to cause the sugar in this device to dry. The air is extracted from the dryer-cooler 50 through the discharge line 55 and the exhaust fan 56. An additional quantity of air, for example for cooling or for changing the drying and cooling conditions in the air. the dryer-cooler 50 is introduced through the pipes 51 and 58.
The dried and cooled sugar resulting from this operation is withdrawn from the dryer-cooler 50 through a line 59 and sent to a suitable apparatus for size reduction, for example a grinder 60, and transferred through lines 59 and 57 to a sieving apparatus 62. The finely divided ground product resulting from the grinding is discharged through line 61 and sent to the classifying or sieving apparatus 62, the material too coarse, for example refused to the sieve with a mesh of 1 , 4 mm being returned through line 64 to crusher 60 or being collected separately as product and too fine material (fines), for example passing through a 0.3 mm mesh sieve, being collected through line 65 and returned to beater-crystallizer 39 via a pipe 66, possibly.
The fines can also be recovered as a product, for example directly through line 65 or after having been mixed with a suitable additive such as powdered starch or other material introduced into line 5 through line. 68. A granular product of the desired size, for example passing through the 1.4 mm mesh sieve and rejected by the 0.3 mm mesh sieve, is recovered from the grading apparatus 62 via line 69.
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As to the grinding operation performed in the mill 60, the size reduction can be performed satisfactorily before or after drying. It was found that a satisfactory apparatus was a "Fitzmill Comminuter" mill fitted with 16 hammers with knife blades, rotating at 3,000 rpm and equipped with a round-hole filing surface 11.11 mm in diameter.
The drying of the product, when it leaves the beater-crystaller 39, is a relatively simple operation.
It is advantageous if the drying is carried out under conditions such that the sugar aggregates are kept in motion, so as to ensure a uniform distribution of the drying gas, which may be hot air, around the various. approved. gats. When the drying operation is carried out in this way, perfect drying can be obtained in a relatively short time, for example in about 2 minutes, by using air at a temperature of about 130 C. The dryers Vibrating type conveyor can also be used with good results for the dryer-cooler 50. Satisfactory drying results in a reduction in moisture content from about 1.0-2.5% to about 0.5. % preferably below about 1%.
An important feature of the invention is that crystallization is so rapid that it is virtually instantaneous and a result of this effect is that low purity edible syrups can be crystallized to form, directly at the outlet. of the beater-crystallizer 39, a substantially dry product. By practically instantaneous operation is meant that which takes place in 1-10 seconds and, by substantially dry, a product containing no perceptible moisture.
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tible in its appearance and which exhibits fluidity characteristics. Analysis shows that this degree of dryness corresponds to the product at 1.0-2.5% moisture which can be obtained directly from the beater-crystallizer 39.
The drying phase follows. vante, which further reduces humidity, constitutes an optional phase in industrial production, useful in cases where a higher dryness is sought. This additional drying is naturally facilitated by the low initial moisture content. Without this instantaneous crystallization, a large number of food syrups could not be transformed into useful product because of their too high initial moisture content.
The sieving of the product from the dryer can be carried out without difficulty using any suitable grading apparatus available on the market. It has been found that the sugar obtained is relatively resistant to abrasion. Fines, i.e. aggregates having a particle size of less than about 0.3 mm, however, tend to absorb an excessive amount of moisture. It has been found to be advantageous to perform the grinding and sieving operations under specially determined relative humidity conditions to prevent the fines from becoming sticky and fouling and clogging the sieve. This difficulty can be easily avoided by performing the grinding and grading or sieving under controlled humidity conditions.
For the preparation of a mixture of refinery syrups, for example in the purity range of 85-91%, which will serve as a food syrup in the processing according to the invention, it has been found to be advantageous to check
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if, in this mixture, there is a proportion of invert sugar (mixture of equal parts of levulose and dextrose), greater than the quantity initially present in the raw sugar from which the syrup was drawn. Any excess proportion of inverted sugar is normally due to deficiencies in refining technique, unless it has been added intentionally.
In this relatively wide range of degrees of syrup purity, it has been found that an excessive proportion of inverted sugar in the total amount of non-sucrose solids contained in the syrup is particularly detrimental because it tends to decrease resistance to agglomeration of the final sugar. A feature of the invention is that, as mentioned above, the instantaneous crystallization tends to compensate for this deleterious effect of the relatively low purity of the food syrup.
One technique for determining if the invert sugar content is excessive is to measure the invert sugar / ash ratio in the syrup mixture. This ratio should not be greater than about 3.0 for a syrup at 85-91% purity. In general, the ratio of invert sugar to ash found in raw sugar is 2.0-2.5 and roughly equivalent proportions of invert sugar and ash are removed in normal sugar refining operations.
Therefore, if the sugar refining operations proceed normally, the invert sugar / ash ratio must remain substantially unchanged in the granular and remelting syrups. A ratio of 3.0-3.5 or more for any of these syrups shows that some reversal occurs during the refining of the sugar. However, invert sugar / ash ratios can be tolerated in the case of
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high purity food syrups. Table 1 below indicates a satisfactory and sufficiently safe invert sugar / ash ratio for edible syrups of various purities. that is, a ratio capable of producing a satisfactory and salable final sugar.
TABLE I
EMI21.1
<tb> Purity <SEP> of <SEP> syrup <SEP> food <SEP> Ratio <SEP> sugar <SEP> invert <SEP> ash <SEP>
<tb>
<tb> (I / A) <SEP> to <SEP> do not <SEP> <SEP> exceed
<tb>
<tb> 85-91 <SEP> 3.0
<tb>
<tb>
<tb> 91-93 <SEP> 3.5
<tb>
<tb>
<tb> 93-97 <SEP> not <SEP> critical
<tb>
For the implementation of the invention it is preferred, when using food syrups containing invert sugar, that the latter does not represent more than 12% by weight of the food syrup and, advantageously, not more than 8% by weight.
To improve the color of the product and increase the degree of whiteness of the sugar, various special additives, such as small amounts of phosphoric acid or various salts of phosphoric acid, such as salts of phosphoric acid, such as salts of phosphoric acid can be added to the concentrated syrup. alkali metals, for example sodium salts, preferably in the form of a saturated aqueous solution, this just before, or at the time when this syrup is introduced into the crystallizer or even optionally, to the syrup contained in the concentrator. The materials tested and the amounts which were found to be effective are shown in Table II below.
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TABLE II
EMI22.1
<tb> Material <SEP> Formula <SEP>% <SEP> in <SEP> weight,
<tb>
<tb>
<tb> calculated <SEP> on
<tb>
<tb>
<tb> the solid <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> of the <SEP> syrup
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphoric acid <SEP> <SEP> H3PO4 <SEP> 0.1-0.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphate <SEP> diacid
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> monosodium <SEP> NaH2PO4 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphate <SEP> acid
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> disodium <SEP> Na2PHC4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphate <SEP> trisodium <SEP> Na3PO4 <SEP> "
<tb>
These additives do not appear to alter the inventive characteristics of the product, with the exception of the color.
It is also possible to use other salts, apart from the sodium salts of phosphoric acid which have been mentioned above, including the phosphates of potassium, calcium and magnesium, as well as other acids, including the acid. citric and ascorbic acid, and their salts.
Another feature of the invention is that the percussion beating performed in the beater-crystallizer 39 described herein results in a product having a better degree of whiteness than that of a product which has been crystallized more slowly, for example, by stirring without percussion such as is produced in the devices of the Werner type described in the aforementioned patent 3,194,682. The desired whiteness can be obtained to a large extent according to the invention without any additive or, alternatively, if additives are used, a good degree of whiteness is obtained without the various parameters of the upstream treatment and downstream of the beater-crystallizer 39 are also critical.
The sugars produced according to the invention are parti-
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particularly useful as carriers for other substances.
Those other substances, ie additives, which may have nutritional value, or flavor or color, or even medicinal value etc., can be incorporated at practically any stage. treatment, for example, during concentration, crystallization, grinding, sieving, or else by a separate operation of mixing or stirring depending on the nature of the additive.
'
For example, if the additive is soluble in water and substantially non-volatile, especially if it is a mineral salt, it can be incorporated into the syrup mixing tank at the same time as syrup, before concentration, or it can be introduced directly into the concentrator, for example, in the form of a solution or into the beater-crystallizer in the same form. If the additive is sensitive. heat or substantially insoluble, or if one does not wish to introduce the additive in the form of a solution, it can be added in dry form in the crystallizer, or added to the sugar during the process. drying or grinding and / or sieving.
If the additive is soluble in a liquid of a food, volatile, organic nature such as ethyl alcohol, it can be introduced into the crystallizer at the same time as the concentrated syrup.
It is generally desirable to introduce the addi-. as soon as possible in the process, in order to obtain the most homogeneous distribution in the final product. It is not advantageous that solid and insoluble additives are incorporated or already present in the syrup during concentration, as these solids would then tend to initiate prematurely. clearly crystallization. These solid additives are preferably added during the crystallization process. The,
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the additives are intimately mixed during the first phase of the operation during which the syrup passes. from liquid to pasty form.
When the material in the crystallizer has reached about the midpoint of its journey through the beater-crystallizer or even further downstream, the resulting aggregate material is a good mixture of sugar and additive.
For example, vitamins such as vitamin D can be incorporated into the product in an amount of about 1 mg per g of sugar. The vitamins can be added to the syrup before, during or after concentration, in the case of heat-stable vitamins, or during crystallization, drying or sieving in the case of decomposable vitamins by heat. Pharmaceutical additives can be incorporated in any proportion, depending on the particular pharmaceutical effect desired. Various pharmaceutical substances which can be incorporated into the product include dicalcium phosphate and, in the low concentration range, the various antibiotics.
Condiments or perfumes can also be incorporated into the sugar, in the order of magnitude of
0.1% or more by weight, depending on the intensity of flavor desired and the particular nature of the condiment. As suitable materials in this case, there may be mentioned garlic powder, cocoa and cinnamon. Furthermore, various inert fillers can also be incorporated in any proportion, for example microcrystalline cellulose (Avicel), carboxymethylcellulose, etc. Furthermore, the various products of the transformation of the sugar can also be incorporated into the sugar. starch, such as cassava starch, corn, starch esters, solubilized starches, in the range of 0.5-25% by weight.
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In addition, various other substances can also be incorporated into the sugar, such as potato syrup (in the wet state) and honey and maple syrup, at a rate of 0.5- 25% by weight.
The crystallization operation will now be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3. In the operation of the beater-crystallizer 39, a mixture of concentrated syrups is introduced into one end of the apparatus via the cone. pick 41 and, if this device 39 is a beater-crystallizer of the Turbulizer type, such as that shown schematically in FIG. 2, at the other end of the device 39 is recovered, via line 49, a crystallized sugar essentially consisting of by aggregates of sucrose crystals of the melting size.
The operation of the beater-crystallizer 39 for processing a concentrated syrup into substantially dry-looking aggregates of melt-sized sucrose crystals does not vary significantly with ambient temperature and humidity conditions, nor does it vary significantly with ambient temperature and humidity conditions. with the purity of the syrup which feeds the apparatus, thanks to the complete control that one can have of the characteristics of the sugar supplied by the mixer-crystallizer 39, control obtained by the phenomenon of percussion beating. The residence time of the material which is treated in the crystallizer 39 can be changed by varying the speed of the shaft 39a. Alternatively, the pitch of the pallets 39b can be reduced to extend the residence time, or the space 39c can be increased.
It is estimated that the residence time of the particles in the beater-crystallizer 39, at a shaft speed of about 1000/1400 rpm, is about 10 to about 45 seconds (assuming an orientation of the vanes at 45
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and a syrup feed rate of about 60 kg of solids per minute). The residence time should be at least sufficient for crystallization to be complete and a period of at least 30 seconds is preferable. This extremely short residence time is made possible by the almost instantaneous crystallization of the syrup which occurs upon impact on the first few vanes inside the mixer-crystallizer 39.
The crystallization is substantially completed from the first 3 or 4 seconds of the path traveled in the apparatus 39 cited in the example and this corresponds approximately to the first 1-3 seconds of percussion.
The temperature of the material contained within the beater-crystallizer 39 is kept below a critical limit by the forced circulation of air which passes through the beater-crystallizer 39, i.e. from 46a to 48a, together with the sugar. This forced air circulation is necessary in order to obtain a product of superior quality - as will be described in detail below. It is advantageous to make the mixer-crystallizer 39 'work in such a way that the sugar produced which leaves this apparatus through the pipe 49 contains the minimum of products of too large a size.
This condition is favored by carrying out the crystallization operation and the work of the beater-crystallizer 39 in such a way that the crystallization which occurs in the beater-crystallizer 39 occurs. performs in the absence of liquid water, such as that which could be produced by the condensation of the water vapor which emerges from the syrup inside the crystallizer 39.
In the operation of the beater-crystallizer 39, the moisture content of the sugar which leaves this apparatus through the line 49 must be lower.
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to about 2.5% and this sugar should preferably have a very low inherent moisture content (1.5%) and be of a grain size which allows it to be dried to return to a satisfactory moisture content, plus low, to give a fluid and non-solidifying product, for example less than about 0.7% by weight, in a relatively short time. In addition, the sugar which leaves the crystallizer 39 must not be charged with recondensed water vapor.
The water vapor absorbed by the aggregates of melt-sized sucrose crystals during recondensation adversely affects the caking resistance properties of the final sugar produced. The forced air circulation from 46a to 48a which has been mentioned above further eliminates the two moisture problems entirely in that it removes any moisture which would tend to be released or recondensed during the process. crystallization. Further, as mentioned above, the extremely rapid crystallization releases inherent moisture in a sufficiently effective manner to tend to counteract the presence of excess moisture in the product discharged at 49 by virtue of forced air circulation.
In the operation of the beater-crystallizer 39 the formation of microscopic, fine, melting-sized sucrose crystals which are present in the product exiting the beater-crystallizer 39 through line 49, results from the very rapid crystallization of sucrose from the crystallizer. Very concentrated hot syrup which arrives at the apparatus 39 via line 41. The rapid crystallization of the syrup in the crystallizer beater
39 gives rise to a material characterized by crystals; of extremely fine sucrose for example, crystals with a particle size of 3-50 microns, which make up the aggregates of
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sugar constituting the final product. The aggregates thus produced are substantially dry, that is to say dry to the touch.
At 1,000 rpm, the Turbulizer device already described, used in the example considered, which comprises a 23 cm shaft 39A fitted with 4 cm wide vanes 39b, the surface center of gravity of which is at about 7.5 cm from the outer surface of shaft 39a achieves a paddle speed (measured at this center of gravity) of about 1200 m / min or 20 m / s. At this speed, the paddles 39b essentially play their role as a percussion member for the syrup introduced at 41 and, as mentioned above, the syrup is crystallized in 1-3 seconds. During the remainder of the residence time (the remainder of at least 10 and preferably at least 30 seconds), the crystalline product is apparently made uniform in particle size and composition.
A peculiarity of the invention is that the crystallization takes place so quickly that the material is not maintained at a high temperature (whatever the temperature) for a long time, which would entail a risk of degradation, or of carbonization. , which is naturally detrimental to the appearance or taste and composition revealed by analysis.
The thermodynamic characteristics of the rapid crystallization carried out in the beater-crystallizer 39 are such that it is not possible to avoid these high temperatures (which, however, would only be of short duration) by the use of a water jacket. The temperature gradient would be too steep to avoid the recondensation of the water released during crystallization.
On the contrary, it has been observed that a forced air circulation between 46a and 48a under the influence of the fans 46 and 48 is necessary to maintain the content.
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sugar inside the beater-crystallizer 39 below the critical level which causes carbonization and that forced air circulation is also necessary to remove the moisture which is given off during crystallization because this moisture could recondense and cause irregularities in the product.
An important feature of the invention is that when a percussion type beater-crystallizer 39 is used and the appropriate rate of forced air is employed between 46a and 48a, the food syrup introduced at 41 can vary significantly. in concentration (for example 94-96% solids) and other characteristics without the product obtained in 49 not being adversely affected, that is to say rendered irregular by these variations. This constitutes an advance of immense practical importance because, as has already been said, consistency of quality, in particular with regard to appearance and taste, is of paramount importance for a quality product. table or kitchen such as sugar.
It has been observed that, when air is not passed from 46a to 48a, that is to say when the orifices opening into the beater-crystallizer 39 of FIG. 2 are closed, the product exiting at 49, although having a uniform particle size, exhibits irregularities in coloration, agglomeration size, analysis and is discharged at excessively high temperature. When the proper flow of air forced by the fans 46 and 48 is introduced, these irregularities disappear and the outlet temperature decreases very appreciably.
When the orifices 46a and 48a of FIG. 2 are open but the fans 46, 48 are not connected, that is to say when it enters the beater-crystallizer 39 only
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air entrained by port 46a, the results are even worse than when ports 46a, 48a are fully closed. In fact, the entrained air introduces an additional humidity which, as we have seen, determines a lack of regularity of the aggregates, and the presence of excessive humidity in the product, which are even more accentuated than in the product. 'example cited, that is to say when the orifices 46a and 48a are fully closed.
The forced air flow which it is necessary to pass through the beater-crystallizer 39 to obtain the desired product naturally varies with the flow rate of material passing through the beater-crystallizer, but, in general, to be satisfactory, the volume must be at least sufficient to avoid any appreciable rise in temperature in the sugar during its passage through the apparatus 39 (despite the strong source of friction residing in the interaction of the paddles 39b and the sugar mass ) so that neither carbonization nor even the start of carbonization can occur.
It has been found that the air circulation rate cited above is sufficient to eliminate all of the humidity released in the beater-crystallizer 39 during crystallization.
As shown in Figure 3, the combined treatment of percussive beating and forced air circulation follows the phase of preparing a suitable food syrup to be introduced at 41. The resultant product obtained in the phase of percussive threshing and forced air circulation treatment is superior for the criteria mentioned above, to such an extent that it is also possible to adopt simplified modes of drying, cooling and calibration.
As we said above,
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the whole of the continuous treatment is favored by the excellent results of the percussion threshing phase and of the forced air circulation treatment., in that its other phases have less critical conditions, for example with regard to the concentration of the food syrup. In Figure 3, the product of the percussive threshing and forced air treatment phase is subjected to drying, cooling, and sizing to form the final product.
The following examples will illustrate the invention.
EXAMPLE 1.
In pilot plant studies, a Turbulizer manufactured by the manufacturer mentioned above, and with the same basic design, but having a lower capacity, was employed. The significant dimensions of this Turbulizer were an inner diameter of cylinder 39b of 35 cm, a distance of 60 cm from inlet 41 to outlet 49, a diameter of 7.5 cm for shaft 39a, and a pitch of 30. for pallets 39b. The Turbulizer was fed with a food syrup having a purity of 93% at 125 ° C, having a Brix coefficient of 95% total solids, at the rate of 7 kg solids per minute.
The Turbulizer was operating at 2,000 rpm and the air ports were fully closed. The crystallized product was collected and found to have a temperature of 140 ° C, to have irregular agglomerates, and to show irregular coloring and analysis. The product also exhibited a burnt flavor and odor. The size of the aggregates was mediocre, as far as it could be determined in the burnt state.
EXAMPLE 2. -
Example 1 was repeated, lowering the speed to
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1250 rpm. The product exhibited less burnt odor and flavor and less irregularity in analysis and coloring (but these two characteristics were still poor). The product was plastic and unacceptable.
EXAMPLE 3. 4.-
Examples 1 and 2 were repeated but entrained air was allowed to enter the Turbulizer by opening the orifices of the latter. The burning effects were less (but still unacceptable), but the product was generally of poorer quality than that of Examples 1 and 2, in that the grain size was more irregular and the moisture content. was so variable in mass distribution that it rendered the product unusable. The product outlet temperature was 120-130 C.
EXAMPLE 5. -
Example 2 was repeated but using a forced air flow of 8,400 l / min (1350 l air per kg of sugar solids). The product was uniform in all respects, it did not exhibit a burnt odor or flavor, and its moisture content was 0.9% by weight. The product outlet temperature was 110 C.
EXAMPLE 6 =
Into the Turbulizer as described herein (i.e. the apparatus of 50 cm outside diameter described before the examples), a syrup at the temperature adopted in the previous examples and having the same composition. The Turbulizer was operating at 1250 rpm and 42,000 1 / min of air (1000 1 of air per kg. "Of sugar solids) was passed through the orifices 46a, 48a. appliance being at a temperature am-
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biante of 32 C, the residence time being estimated at 30 seconds.
The exit temperature of the product was 110 C. The product was observed to have uniform coloring, (with a high degree of whiteness), uniform grain size, with regular aggregates, uniform analysis and consistency. moisture content of only 1.1% by weight.
EXAMPLES 7. 8 and 9.-
Example 6 was repeated changing the purity of the food syrup as follows: 92, 93 and 94% purity respectively in the three examples. Each time, despite this variation and other observable changes in the composition of the food syrup, the product showed no noticeable change.
EXAMPLE 10. -
Example 6 was repeated and the speed of the Turbulizer (rpm) was changed while the air flow rate passing through the apparatus was also varied. The product was found to be as good in all respects as that of Example 6, provided that the forced air flow rate was increased when the shaft speed was substantially increased. If the speed of the shaft was increased significantly without increasing the air flow, the effects of incipient charring began to be observed.
The product obtained in Example 6 was dried, cooled, and graded according to the procedures described above and was found to have the particle size analysis shown below in Table III.
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TABLE III
EMI34.1
<tb> dimensions <SEP> not <SEP> crushed <SEP> crushed
<tb>
<tb>
<tb> refused <SEP> to <SEP> sieve <SEP> to
<tb> meshes <SEP> of <SEP> 1,4 <SEP> mm <SEP> 40,0 <SEP> in <SEP> weight <SEP> 0,0 <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb> passing <SEP> to <SEP> sieve <SEP> to <SEP>.
<tb> meshes <SEP> of <SEP> 1,4 <SEP> mm <SEP> and
<tb> refused <SEP> to <SEP> sieve <SEP> to
<tb> meshes <SEP> of <SEP> 0.3 <SEP> mm <SEP> 52.0 <SEP> in <SEP> weight <SEP> 70.0 <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb> passing <SEP> to <SEP> sieve <SEP> to
<tb> meshes <SEP> of <SEP> 0.3 <SEP> mm <SEP> 8.0 <SEP> in <SEP> weight <SEP> 30.0 <SEP> in <SEP> weight
<tb>
A characteristic feature of the invention is that the fraction of the particle size analysis (unground) passing.
sieve with a 1.4 mm mesh and refused with a sieve with a 0.3 mm mesh is much greater than that obtained with crystallization of the non-percussion type and also than the fractions rejected with a 1.4 mm mesh sieve or passing through a 0.3 mm mesh sieve are significantly reduced.
It has been found that the percussion beating carried out in the Turbulizer of the example cited, which has an outside diameter of 50 cm, can work at a speed of rotation corresponding to about 9-45 meters / second of center speed. gravity of the pallet surface. The preferred paddle speed interval is 15-25 meters per second.
The geometry of the pallets and their angle of orientation has no primary effect on the speed of crystallization, this crystallization being essentially a phenomenon of percussion. However, these parameters naturally affect the residence time etc., as mentioned above.
It has been observed that with the average pallet speeds which have been indicated above, it is advisable for the air to be discharged through the device with a corresponding flow rate, which can reach approximately 84,000 1 / min, depending on the conditions imposed.
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by the given food syrup, so that there is no beginning of carbonization. This can be achieved by monitoring the material being processed in mixer-crystallizer 39 so as to prevent the sugar from heating up in the apparatus, or simply by adjusting the forced air flow. through the apparatus by monitoring the instant when the effects of incipient carbonization appear and increasing the flow slightly so as to eliminate these effects.
This volume of air performs the necessary additional function of initially cooling the food syrup 41, just after entering the crystallizer 39, so that the crystallization is enhanced by the resulting saturation effect exerted on the syrup. when it enters the device. The choice of forced air flow will therefore be dictated by the other criteria mentioned above.
The production of sweet matter can vary within wide limits depending on the adjustment of the pitch of the paddles 39b, the speed of the shaft, etc., in response to variations in product appearance, moisture content. , etc.
When the production rate of sweet product is about 60 kg / min (with the diameter of 50 cm described above for the dimension 39b of the Tubulizer), it has been found that a rate of about 42,000 l / min. min of air gives good results. In general, when the rate of production of the product varies, the required airflow rate also tends to vary. It has been found that the ratio between the forced air circulation flow rate and the production in kg / min of sweet product gives good results when it is between 600 and 1350 l / min. kg min.
It goes without saying that the discovery of the fact that one can
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beating by percussion at high speed a concentrated sugar syrup while obtaining good results, brings a clear progress to the technique. The syrup does not take in a pasty mass as one would expect but on the contrary it effectively gives a product of a superior quality by a superior technique. The fact that crystallization is very rapid means that the moisture content, measured directly at the outlet of crystallizer 39, is lowered and therefore lower quality syrups can be used.
This relative lack of sensitivity to the quality of the syrup translates into the possibility, obtained for the first time, of using a wide variety of food syrups while still giving a relatively uniform product. In addition, the rapidity of crystallization and the low residence time combine to avoid, when the appropriate air flow rate is used, irregularities in analysis, crystal size, size of the crystals. agglomerates and colouration which would otherwise tend to occur. For the first time, a high degree of whiteness is obtained without additives.
Finally, the overall practical continuous processing is improved, even beyond the improvement brought about by the phases according to the invention, because, thanks to according to the invention, the processing requires a less critical food syrup than before, a lower drying intensity, a less special classification, etc. A treatment is therefore obtained which is on the whole more efficient, more flexible and more economical. The mere fact that the degree of purity of the food syrup can be varied widely without appreciably affecting the appearance of the product, its resistance to caking, its moisture content, etc., constitutes progress.
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important technique.
Although the invention has been described in a relatively particular form, it goes without saying that various modifications and variants can be made to the forms and embodiments described and shown, in particular by substitution of equivalent means, without for this to go outside the scope of the invention. The examples are in particular illustrative and not limiting.