Procédé de fabrication de nouvelles textures de systèmes foisonnes

La présente invention concerne un procédé de fabrication de nouvelles structures de mousses, par exemple pour utilisation en alimentaire, en cosmétique, ou encore pharmaceutique.

Un de ses objectifs est de permettre la réalisation de mousses à faible teneur en matières grasses.

Un autre de ses objectifs est de permettre d'enrichir les bulles de gaz formant la mousse à l'aide de composés choisis. Un autre de ses objectifs est d'assembler à façon l'interface gaz - liquide afin de renforcer la stabilité de la mousse et d'apporter de nouvelles textures.

Les procédés industriels existants de formation de mousses, notamment alimentaires, suivent le plus souvent les étapes suivantes : 1. Préparation de la recette : a. Mise en solution des poudres hydrophiles dans la phase aqueuse b. Mise en solution des poudres hydrophobes dans la phase « grasse » c. Mélange des deux phases aqueuse et « grasse » donnant une phase liquide appelée Mix

2. Traitement thermique de pasteurisation ou « UHT »

3. Réalisation de l'émulsion dans un homogénéisateur ou émulsionneur 4. Refroidissement à la température de maturation

5. Maturation par entreposage de l'émulsion en cuve à température contrôlée pendant une durée déterminée (souvent 4 à 24h)

6. Injection du gaz dans un foisonneur dans la préparation ainsi maturée Dans certains cas , le traitement thermique de pasteurisation ou UHT peut avoir lieu après réalisation de l'émulsion.

En d'autres termes, les procédés permettant de réaliser des mousses alimentaires mettent en contact deux phases : le Mix (contenant des agents surfactants) et une phase gazeuse, qui sont cisaillées intensément, par exemple au moyen d'un batteur (manuel ou électrique) à Pression atmosphérique ou de mixeurs industriels sous pression (jusqu'à 10 bars et typiquement jusqu'à 4 bars). Dans le cas de mixeurs industriels, le batteur a des géométries spécifiques favorisant la formation de petites bulles à vitesse élevée. C'est le cas par exemple des foisonneurs de la société « Mondomix ».

Parmi les inconvénients des techniques existantes on signalera les aspects suivants.

La faible miscibilité entre les phases aqueuse et « grasse » nécessite le passage par un équipement émulsionnant (type homogénéisateur double effet par exemple de marque APV™). Cet équipement permet de disperser la phase grasse sous forme de fines gouttelettes (de l'ordre de 1 à 10 μm). Il est nécessaire de chercher un optimum de taille de ces gouttelettes de matière grasse car :

• trop grosses, l'émulsion n'est pas stable car les gouttelettes décantent ;

• trop fines, le caractère crémeux sera moins perçu en bouche.

L'étape d'entreposage à basse température (par exemple à 4°C de 4 heures à 6 heures), elle, permet de maturer l'émulsion, c'est à dire d'augmenter la taille des gouttelettes de matière grasse par cristallisation partielle puis coalescence partielle. La préparation de l'émulsion destinée à être transformée en mousse demande ainsi 6 étapes de fabrication et plusieurs heures d'entreposage, qui pénalisent lourdement la chaîne de fabrication. Ce procédé est donc coûteux en équipement et en temps.

Par ailleurs, le gaz utilisé est pur. Les arômes (généralement hydrophobes) sont généralement ajoutés dans la phase « grasse ». Les bulles ne contiennent donc pas d'arômes spécifiques. Dans certains

procédés, les arômes sont carrément ajoutés en amont (avant pasteurisation), et le traitement thermique peut alors altérer ces arômes.

On notera le document JP2004229597 qui concerne le domaine de la crème glacée. Avant injection, l'air est chargé en composés aromatiques volatils. Dans ce cas ce n'est pas de l'air « pur » qui est injecté, mais une phase gaz enrichie en composés aromatiques (eux aussi sous forme gazeuse au moment de l'injection).

Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention s'attache à améliorer la situation précédemment décrite et notamment d'améliorer la stabilité de telles mousses, de réduire ou de supprimer la période de maturation si pénalisante pour ces chaînes de fabrication, et propose pour cela d'injecter un gaz qui n'est pas « pur », mais au contraire une phase gaz dans laquelle sont dispersés des additifs ou ingrédients dans un autre état de la matière (liquide et/ou solide), additifs ayant un rôle dans la stabilisation de l'interface gaz-matrice (par exemple de la matière grasse, ou encore des émulsifiants, ou des protéines, ou des épaississants ou des gélifiants, ou encore une combinaison de tels ingrédients), notamment par leur propriété spécifique à l'interface entre la phase gazeuse et la phase liquide.

L'injection dans la composition initiale liquide ou mix de la phase complexe {phase gaz - phase liquide/solide de molécules d'intérêt} peut être effectuée par l'une des méthodes suivantes.

L'ajout d'ingrédients au niveau de la phase gaz permet de les introduire directement à l'interface gaz/liquide. Les ingrédients actifs à l'interface (notamment ceux qui réduisent la tension superficielle) sont les premiers ciblés par la présente invention. Ces ingrédients sont à l'état liquide ou solide voire dans un état intermédiaire (par exemple une matière grasse partiellement cristallisée).

On comprend que ces ingrédients ne doivent pas être introduits « en vrac » (par exemple par débit continu) car ils n'iraient pas se disperser à

l'interface des bulles. On perdrait alors l'intérêt de les avoir introduits avec le gaz. Ces ingrédients doivent donc être introduits sous forme dispersée (par exemple de gouttelettes). Il existe une contrainte évidente sur le degré de dispersion des ingrédients (par exemple la taille des gouttelettes). En effet les gouttelettes doivent être beaucoup plus petites que les bulles de gaz pour pouvoir « entrer dedans » et stabiliser leur interface. Le diamètre des bulles étant typiquement de l'ordre de 10 à 1000 μm (préférentiellement de 50 à 500 μm), les gouttelettes auront préférentiellement une distribution de diamètres comprise entre 0,5 et 10 μm. Par ailleurs la quantité de gouttelettes doit être suffisante pour stabiliser l'interface.

L'injection dans la composition initiale liquide ou mix de la phase {phase gaz - phase liquide/solide de molécules d'intérêt} peut alors être effectuée par l'une des méthodes suivantes :

- Dispersion directe des ingrédients avec le gaz (brouillard de très fines particules en suspension) : Les ingrédients sont pulvérisés avec le gaz. C'est le principe de nébulisation / atomisation. Les ingrédients se trouvent en suspension dans le gaz à l'état de brouillard. La stabilité du brouillard est limitée par le diamètre des gouttelettes et la distance intergouttelettes. Pour réaliser le brouillard, de nombreuses technologies d'atomisation existent et peuvent être utilisées et sont bien connues de l'homme du métier, et utilisent différentes énergies (pneumatique, ultrason...). En utilisant une technologie de type aérosol, les ingrédients transportés par le gaz se retrouveront soit à l'interface des bulles soit dans les bulles elles même, selon leur affinité physico-chimique.

- Dispersion préalable des ingrédients puis réalisation d'une mousse préliminaire avant injection dans la composition initiale (« mousse sèche ») :

Les ingrédients sont préalablement dispersés sous forme d'émulsion (eau dans huile ou huile dans eau), puis est réalisée une mousse sèche (à haute

teneur en gaz) qui est elle même injectée dans la composition liquide initiale ou mix à la place de l'injection standard de gaz.

- Dispersion préalable des ingrédients puis injection avec le gaz en écoulement piston : Les ingrédients sont préalablement dispersés sous forme d'émulsion (eau dans huile ou huile dans eau), puis on réalise un écoulement piston de cette émulsion à l'aide du gaz dans une canalisation, la mousse résultant de cet écoulement piston étant elle même injectée dans la composition liquide initiale ou mix à la place de l'injection standard de gaz.

Suivant les paramètres que l'on veut contrôler, une de ces solutions sera préférée à une autre.

Par ailleurs, la température du gaz peut être régulée et de ce fait modifier les équilibres de phase.

En effet si l'on considère l'exemple de l'introduction de matière grasse dans la phase gazeuse , il peut être avantageusement préféré d'effectuer la pulvérisation à chaud afin de disperser la matière grasse sous forme de gouttelettes liquides dans le gaz puis éventuellement de refroidir le gaz contenant les gouttelettes de matière grasse juste avant introduction dans la composition à une température où la matière grasse commence sa cristallisation. Ce refroidissement peut être réalisé lors de la dispersion, ou juste après dans une zone « tampon » (par exemple un volume de tuyauterie) avant l'injection dans la composition.

Selon la présente invention, le procédé de foisonnement en lui-même peut être standard, c'est la façon dont ce procédé de foisonnement est alimenté qui est remarquable selon l'invention.

Les avantages de l'invention en termes de productivité sont les suivants :

- Réduction du nombre d'étapes :

Dans le cas où toute la matière grasse est apportée avec le gaz, il n'est plus nécessaire de réaliser une émulsion avant foisonnement et donc de passer le mix dans un homogénéisateur ou émulsionneur ni de maturer ce mix par entreposage en cuve à température contrôlée pendant une durée déterminée.

- Réduction des durées d'entreposage :

Dans le cas où toute la matière grasse est apportée avec le gaz, l'étape de maturation qui consiste en un entreposage de 4 heures à 6 heures typiquement n'est plus nécessaire. Si seule une partie de la matière grasse est apportée avec le gaz, il peut être nécessaire de maintenir l'étape de maturation pour apporter le crémeux. Mais même dans ce cas, la durée de cette étape peut être réduite puisque la stabilisation de la mousse est facilitée par l'addition avec la phase gaz d'une partie de la matière grasse (qui peut être différente en composition et en degré de cristallisation).

- Flexibilité du procédé : Dans le cas où toute la matière grasse est apportée avec le gaz, l'étape de maturation n'est plus nécessaire. Cela libère des cuves et permet « d'alléger » le planning de production.

- Faibles pertes au démarrage ou au changement de recette : Les technologies aérosol peuvent démarrer et s'arrêter quasi- instantanément. Il n'y a donc pas de phase de mise en route ou d'équilibrage à attendre. Ce qui signifie de très faibles pertes de produit au démarrage ou au changement de recette ou de régime.

Par ailleurs, l'invention permet le développement de nouveaux produits qu'il n'était pas possible d'obtenir selon les techniques antérieures :

- Nouvelles textures de mousses :

Le fait de formuler précisément (et indépendamment de la formulation globale de la recette) l'interface gaz - liquide permet de renforcer la stabilité de la mousse. Cette invention permet d'apporter les additifs les plus adaptés directement au niveau de l'interface, ils sont donc plus efficaces à moindre concentration. Par extension, de nouvelles textures de mousses peuvent être créées (en augmentant la persistance des bulles en bouche par exemple).

- Onctuosité des mousses allégées en matières grasses :

Dans un procédé classique, seule une infime partie de la matière grasse est au contact des bulles. Or la présente invention permet d'apporter la matière grasse sous forme de fines gouttelettes juste à l'interface gaz/liquide. Comme toute la matière grasse est

« fonctionnalisée » dans son rôle de stabilisant d'interface, il est possible de réduire significativement la quantité de matière grasse sans altérer la stabilité de la mousse. Une très faible teneur en matières grasses est suffisante pour assurer l'onctuosité de la mousse.

La présente invention concerne alors un procédé de fabrication d'un système foisonné comportant notamment une étape d'injection, dans une composition initiale liquide (ou Mix), d'une phase mixte composée d'une phase gazeuse dans laquelle est dispersée une autre phase, liquide et/ou solide en suspension dans le gaz, ladite phase étant composée d'un ou plusieurs additif(s) d'intérêt permettant de renforcer la stabilité du système foisonné, le ou les additifs étant situés dans le groupe constitué par les matières grasses, les émulsifiants, les protéines, les épaississants ou les gélifiants, ou les combinaisons de tels ingrédients.

Le procédé selon l'invention peut adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- L'injection dans la composition initiale liquide de la phase mixte est effectuée de la façon suivante : la phase mixte est constituée d'un brouillard de très fines particules en suspension, composé d'un gaz et d'une autre phase, liquide et/ou solide en suspension dans le gaz, ladite phase liquide et/ou solide étant composée desdits additif(s) d'intérêt.

- L'injection dans la composition initiale liquide de la phase mixte est effectuée de la façon suivante : lesdits ingrédients sont préalablement dispersés sous forme d'émulsion eau dans huile ou huile dans eau, on réalise à partir de cette émulsion une mousse primaire sèche à haute teneur en ledit gaz, mousse sèche que l'on injecte dans la composition liquide initiale.

- L'injection dans la composition initiale liquide de la phase mixte est effectuée de la façon suivante : Les ingrédients sont préalablement dispersés sous forme d'émulsion eau dans huile ou huile dans eau, puis on réalise un écoulement piston de cette émulsion à l'aide dudit gaz dans une canalisation, la mousse primaire résultant de cet écoulement piston étant elle même injectée dans la composition liquide initiale.

- la température du gaz est différente au stade de la réalisation de la phase mixte et au stade de son injection dans la composition.

- la température du gaz au stade de la réalisation de la phase mixte est supérieure à la température du gaz au stade de son injection dans la composition.

- le système foisonné ainsi fabriqué entre dans un processus de fabrication d'un produit alimentaire.

- le système foisonné ainsi fabriqué entre dans un processus de fabrication d'un produit cosmétique.

- le système foisonné ainsi fabriqué entre dans un processus de fabrication d'un produit pharmaceutique. - le système foisonné ainsi fabriqué entre dans un processus de fabrication d'une crème glacée.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, d'exemples de modes de mise en œuvre de l'invention, faite notamment en référence aux figures annexées :

- La figure 1 représente de façon schématique les principales étapes de réalisation d'une mousse selon les techniques existantes ;

- La figure 2 représente de façon schématique les principales étapes de réalisation d'une mousse selon un des modes de réalisation de la présente invention ;

- La figure 3 représente de façon schématique l'atomisation d'un mélange d'ingrédients ;

- La figure 4 représente la réalisation du brouillard et l'injection de ce brouillard au sein d'un liquide afin de réaliser des bulles, à l'intérieur desquelles le mélange d'ingrédients est en suspension.

La figure 3 permet de visualiser l'atomisation d'un mélange d'ingrédients. A titre purement illustratif ce mélange peut être composé de matières grasses ou encore d'émulsifiants. Il se retrouve sous forme de brouillard i.e d'un aérosol de particules de taille typiquement inférieure à 10 μm, dispersées dans une phase gazeuse. Le gaz vecteur peut être choisi notamment parmi l'air, N2, Ar, He, H2, CO2 ou N2O ou un mélange de ces gaz. La température du gaz peut être contrôlée. Elle peut être à température ambiante ou encore à température négative, pour favoriser la cristallisation des graisses. Ce gaz peut éventuellement être sous forme de liquide juste avant l'aérosolisation. Comme on l'a mentionné plus haut, la température du gaz peut avantageusement être différente au niveau de la réalisation du brouillard (notamment l'aérosol) et au niveau de l'injection dans le mix, notamment dans le cas où on souhaite mettre en suspension de la matière grasse. On va préférentiellement incorporer la matière grasse dans le gaz à une température supérieure à la température de fusion de la matière grasse, et refroidir ce mélange gaz-matière grasse juste avant l'injection de façon à ce que la matière grasse soit au moins partiellement cristallisée lors de

l'injection (son état cristallisé est considéré comme favorable à la stabilisation de la mousse ainsi formée).

La figure 4 permet de visualiser l'injection de ce brouillard au sein d'un liquide afin de réaliser des bulles à l'intérieur desquelles le mélange d'ingrédients est en suspension. Ainsi la composition du contenu de la bulle peut être différente de celle du liquide. Le liquide peut ne contenir aucune matière grasse, par exemple. Dans ce cas, la quantité de matière grasse nécessaire pour stabiliser une bulle peut être fortement réduite.

La figure 1 permet de visualiser de façon schématique les principales étapes de réalisation d'une mousse selon les techniques existantes. On ne s'attachera pas ici au commentaire de cette figure qui est bien classique pour l'homme du métier. Et l'on constate alors immédiatement les avantages introduits par le procédé selon la présente invention, dont un mode de réalisation est schématisé en figure 2, avec l'introduction dans le gaz de composés d'intérêts tels matières grasses ou émulsifiants pour en réaliser un brouillard, avant injection de ce brouillard dans le foisonneur. Cette figure 2 permet de visualiser très clairement le fait que le procédé selon la présente invention condense les opérations du procédé classique de réalisation d'une mousse en essentiellement deux étapes. De plus elle retarde l'introduction d'une partie des ingrédients, ce qui permet de réduire les quantités utiles (donc réduire les coûts de production) et d'obtenir de nouvelles textures.

On décrit dans ce qui suit un premier exemple de réalisation -dans un mode brouillard- non limitatif, donné dans un seul but illustratif.

Une composition initiale (dite « mix » dans cette industrie) est passée dans un mélangeur dynamique « IMT Mixer M04 », type 04 04.0 3000 Modèle WM. La composition du mix est la suivante : Gélatine 0,75%, Emulsifiant E472b 0,5%, carraghénane 0,15%, lait écrémé 66%, sucre 13%, chocolat 7%, poudre de cacao 3%. Le mix est introduit à froid (4°C) dans le mélangeur dynamique.

4% de matière grasse sont ajoutés par une buse d'atomisation pneumatique de Spraying System (modèle 1/4JN, Pointeau 12810). 4 types de buses ont été adaptés : 3 buses à projection circulaire (su11 , su42 et su1a) et une buse à projection à jet plat (sue15b). Le gaz utilisé est de l'azote. Les débits de gaz et de matière grasse correspondent à ceux de la fiche technique propre à chaque buse.

Le rotor du mélangeur dynamique tourne à 1000 tour par minute et la vanne de contre-pression est réglée à 3 bars.

On décrit dans ce qui suit un second exemple de réalisation illustrant la préparation d'une mousse foisonnée mettant en œuvre une « mousse sèche ».

1. Préparation de la composition initiale ( mix à foisonner) :

1.1. Composition du mix à foisonner :

6,5% Poudre de lait écrémé

0,3% gomme guar

0,25% gélatine

20% de matière grasse (75% de fraction à bas point de fusion et 25% de matière grasse laitière)

15% sucre

Eau qsp 100%

1.2. Procédé de réalisation du mix à foisonner Cette composition est passée au Polytron pendant 5 minutes à

18000 TRM pour homogénéiser le mélange et disperser la matière grasse. Puis le mix est conservé une nuit à 7°C pour maturation.

2. Préparation du gaz fonctionnalisé par la voie « mousse sèche »

2.1. Composition de la mousse sèche

Emulsion matière grasse/eau (20/80 v/v) dont la matière grasse est composée à 100% de matière grasse laitière. 1 % de

Poudre de lait écrémé permet de stabiliser l'interface de ladite mousse.

2.2. Procédé de réalisation de la mousse sèche On utilise une colonne à mousse en polycarbonate avec double entrée séparée (gaz et émulsion) par le bas. De plus cette colonne possède une sortie en haut (tuyau flexible) qui se connecte à l'entrée du gaz dans le tuyau qui conduit au mélangeur d'un foisonneur de type IMT. L'émulsion est incorporée à l'aide d'une pompe HPLC (volumétrique), adaptée spécialement. L'arrivée du gaz se fait à travers un disque fritte. La mousse sèche est foisonnée à 400%.

3. Procédé de foisonnement du mix avec injection de la mousse sèche

La sortie de la colonne est connectée au foisonneur à la place de l'alimentation gaz habituelle. La mousse sèche est injectée au niveau de l'injection de gaz Le caoutchouc qui sert de clapet anti- retour pour cette alimentation gaz a été retiré au préalable.

Le mix est foisonné dans un système foisonneur de type IMT.

Le débit d'injection de mousse sèche est voisin de 195 ml /min. Le débit de produit à foisonner est voisin de 192,5 ml/min. La fréquence de la turbine est de 27,0 Hz. La contre pression est réglée à 3 bars.

La pression de gaz de foisonnement est de 3,0 bars.

La présente invention illustrée dans tout ce qui précède doit s'entendre comme n'étant pas limitée par des aspects dimensionnels, elle trouve ses applications tant dans des systèmes industriels que dans des système de dimension moindre en restauration ou encore dans des équipements de type ménager à usage individuel.