Dossier Pasteurisation de la bière- Partie 2
PASTEURISATION – FLASH – ORGANISATION
Ce type de pasteurisation s’effectue dans un échangeur de température généralement ce sera échangeur à plaques, mais on a pu parfois utiliser des échangeurs tubulaires amélioré quand a la turbulence de l’écoulement souhaitée en pasteurisation..
Plaque d'échangeur
A - Echangeurs a plaques
Dans un échangeur a plaques, l’échange thermique est réalisé à travers un ensemble de plaques métalliques en acier inoxydable, maintenues assemblées sur un bâti constitué d'un fond fixe et d'un fond mobile équipé d'un système de serrage des plaques (figure 3a). Les extrémités périphériques de ces plaques, ainsi que le pourtour des lumières destinées au passage des fluides collectés, sont équipés de joints collés ou clipsés. Ces plaques sont réalisées en tôle dont l'emboutissage a permis de déterminer un espace entre plaques et des cheminements de fluides bien précis de part et d'autre de leur surface (figure 3b). Le rapport surface/volume entre plaques est de l'ordre de 200.
D'un côté d'une plaque circule le produit à refroidir ou à réchauffer, de l'autre côté le fluide de refroidissement ou de chauffage. Des cadres inverseurs déterminent les différentes fonctions du pasteurisateur et les changements de fluides de service.
L'avantage des échangeurs à plaques, par rapport aux échangeurs tubulaires, est que, quel que soit le débit des liquides en service, l'écoulement sera toujours suffisamment turbulent et l'échange efficace grâce à l'étroitesse des passages.
Par contre, l'inconvénient, ils supportent difficilement d'être utilisés avec des liquides chargés. Déjà, leur utilisation en refroidisseur et pasteurisateur de jus de fruits pulpeux, demande un certain nombre de précautions pour limiter les encrassements par dépôt de pulpe. Ces dépôts colmatent rapidement l'appareil et nécessitent des nettoyages énergiques et fréquents après chaque cycle de travail.
De plus, les arrêts/marche de l'installation peuvent provoquer une déformation en accordéon des plaques qui se fissurent à la longue, ce qui est très grave pour un pasteurisateur où la partie haute pression est celle du liquide non pasteurisé et la partie basse pression la partie du liquide en fin de pasteurisation. C'est donc toujours le liquide non pasteurisé qui entrera dans le liquide pasteurisé et le contaminera en cas de fissuration de plaques.
Des kits existent qui permettent de tester l'intégrité des plaques. Après démontage de l'appareil, un côté de la plaque est passé au révélateur rouge (Fuchsine), l'autre côté en blanc (chaux en milieux alcoolique). On observe alors si du rouge passe dans le blanc, auquel cas il faut changer les plaques impérativement et, surtout, ne pas essayer de réparer ou de colmater les micro-fissures révélées.
L'échangeur à plaques est très utilisé pour le traitement de pasteurisation des jus de fruit, du lait, des huiles alimentaires et de la bière.
B -Échangeurs tubulaires
Ils peuvent être monotube ou multitubes et, dans ce dernier cas, un faisceau de tubes est rassemblé dans une enveloppe cylindrique qui est, en général, terminée à ses deux extrémités par deux couvercles délimitant deux compartiments :
- admission de fluide à chauffer qui circulera dans les tubes ;
- admission de fluide de chauffage qui circulera à la périphérie des tubes à contre-courant.
Ces échangeurs présentent l'avantage de permettre le traitement de produits chargés, épais, et de justifier d'un faible pouvoir d'encrassement. Des techniques ont été élaborées ces dernières années qui utilisent des tubes corrugés, c'est-à-dire présentant une surface interne et externe, moletée et spiralée, ce qui améliore la turbulence, les frottements et, donc, l'échange thermique. Ils peuvent être utilisés en pasteurisation de bière et des jus de fruits.
C - Fonctionnement d’un flash pasteurisateur
Un flash pasteurisateur de bière sera toujours constitué de 2 ou 3 zones d’échange thermique :
- Une zone de récupération thermique ou la bière qui entre va rencontrer la bière en sortie du chambreur de maintien de la température de pasteurisation.
- Une zone d’apport thermique (eau chaude à une température de 5°C '(environ) au-dessus de la température de pasteurisation)
- Une zone de refroidissement éventuelle alimentée en eau glacée
- Une zone de chambrage pour maintenir la température de pasteurisation acquise durant un temps défini
- Une pompe à bière et une pompe à eau chaude associée à une production en boucle d’eau chaude par de la vapeur.
- Un jeu de vanne à l’arrivée dans l’appareil et un jeu de vannes dont une vanne modulante en sortie ( chacun des jeu de vanne permet l’entrée ou la mise à l’égout des fluides quoi traversent l’appareil)
- Une pompe centrifuge
- Des thermomètres et des manomètres placés sur les parties bières et fluides de service de l’appareil
- Un thermomètre enregistreur au niveau du chambreur
D -Les trois organisations d’un flash pasteurisateur de bière
- Le flash à tank tampon absorbe les arrêts de fonctionnement de la soutireuse en déviant vers une enceinte en dérivation le liquide qui ponctuellement n’est pas utilisé par la soutireuse et cela pour ne pas interrompre le débit de la pompe et de son flash. Le tampon sera restitué en fin ou en cours de tirage. Ce type d’organisation est assez difficile à stériliser car il faudra stériliser le tampon a part du circuit d’alimentation de la tireuse. Une zone de refroidissement terminale existe sur ce type d’appareil
- Le flash à recyclage, en cas d’interruption de débit, recycle la bière en amont de la pompe après fermeture de la vanne d’accès à la soutireuse et ouverture d’une vanne de recyclage (ouverture de l’une avant fermeture de l’autre). Ce jeu de vanne présente un grave défaut, c’est que lorsque l’étanchéité’ est mise en défaut il se produira le mélange de produit stérile avec du non stérile. Une zone de refroidissement terminale est incontournable qui ramène la bière au moins à sa température d’entrée pour permettre le recyclage dans de bonnes conditions d’équilibre thermique
- Le flash à blocage supprime la zone terminale de refroidissement, et de ce fait est intéressant du point de vue économique. Mais la bière sort tiède de l’appareil et oblige à soutirer à quelques 14 ° C ce qui implique le soutirage dans un appareil de soutirage performant équipé au moins du simple prévide. En cas d’arrêt du débit le flash se met en blocage, c'est-à-dire que la vanne d’arrivée sur la soutireuse se ferme rapidement et la pompe continue à tourner pour mettre le liquide contenu dans le flash à une pression correspondant à celle de la pompe tournant vanne fermée, (aux alentours de 10 à 12 bar). A la remise en route de la soutireuse, il faudra que la vanne s’ouvre lentement pour ne pas passer brutalement de la haute pression du blocage à la pression de la soutireuse. Si le blocage dure trop longtemps, la pompe continuant à tourner, il y aura échauffement du produit dans le corps de pompe et il faudra bien alors arrêter la pompe, ce que peut commander un thermostat. Un jeu de clapets anti retour va permettre de maintenir le flash dans un état suffisant de carbonatation et de pression, étant entendu que le chauffage de la zone de pasteurisation a été interrompu. La remise en router se fera dans la foulée après rétablissement du chauffage.
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Les trois organisations possibles d’un flash pasteurisateur à bière alimentant une soutireuse isobarométrique.
Le seul vrai problème réside lors d’arrêts multiples pendant le fonctionnement de l’appareil. Le fait de passer fréquemment en sortie de la haute pression à la basse pression fait travailler les plaques de l’échangeur en « accordéon » et de ce fait les fragilise et provoque des fissures notamment dans la zone de (sortie – entrée) de récupération thermique et comme la pression à l’entrée sera en fonctionnement toujours plus importante qu’a la sortie. C’est de la bière non pasteurisée qui entrera par la fissure dans la bière pasteurisée avec les conséquences que l’on connaît.
Toutefois il existe des artifices de montage du flash à blocage qui pallie cet inconvénient. Il y aura donc lieu de contrôler régulièrement et fréquemment l’intégrité des plaques de l’échangeur et cela en démontant l’appareil et en testant les plaques une par une selon le protocole cité précedemment. Pour une bière correctement filtrée le traitement sera en flash pasteurisation de 21 secondes à 72 °C ce qui correspond à 18.2 UP ( 21/60 X52 ) voire Unité de pasteurisation
Sécurités à prévoir sur un flash pasteurisateur de bière et stérilisation de l’appareil
Les sécurités mises en place visent à assurer que le produit a été bien pasteurisé. A cet effet un enregistreur de la température du fluide thermique et de la bière à traiter dans le chambreur est incontournable avec en plus une alarme sonore qui se déclenche quand les températures sont défaillantes. Il faut également assurer un débit constant de la bière et bien dimensionne les vannes, les pompes, les clapets et les conduites. Le débit pendant le traitement de flash pasteurisation peut varier, par exemple quand l’appareil est monté directement en amont d’une soutireuse et qu’en fonction des variations de niveaux dans la soutireuse, il peut y avoir des appels brutaux de produit ou des arrêts complet du débit.. Même avec une vanne modulante commandée par le niveau, les arrêts d’alimentation ne sont pas exclus car le débit de la soutireuse dépend de l’évacuation des récipients produits en aval sur les convoyeurs.
La stérilisation du flash est une opération importante, le flash en tank tampon implique une stérilisation séparée du tank et de l’ensemble flash/soutireuse, c’est à la jonction des deux parties stérilisées que peut se produite un risque de contamination.
A noter que la stérilisation thermique du flash ne peut pas se faire avec la seule source d’eau chaude intégrée. Il faut un bac de stérilisation capable de produire de l’eau très chaude et établir un circuit incluant les différents organes implantés et prévoyant un retour partiel ou total du fluide de stérilisation sur ce bac.
Un tank tampon, après nettoyage se doit d’être stérilisé a la vapeur, mais au refroidissement il faut prévoir une entrée d’air stérile d’un diamêtre et d’un débit suffisant pour que le tank ne s’aplatisse pas...
Communication EBC : L’influence de la flash pasteurisation sur la qualité de la bière (Wackerbauer et Zufall) :
"L'effet de la pasteurisation sur la qualité de la bière en utilisant des combinaisons de températures et de temps différentes a été examiné avec des essais de 15,80 et 500 unités de pasteurisation (UP) aux températures de 60°, 72° et 84° C chacun. Contrairement à l'avis habituel que les hautes températures de flash pasteurisation équivalent à une détérioration plus importante du produit, une pasteuriation faite à 60°C a conduit vers un bouquet plus éventé et un contenu en aldéhyde plus important et une stabilité de goût inférieur en comparaison avec des températures plus importantes. Le temps pendant lequel la bière est maintenue aux températures de pasteurisation semble jouer un rôle décisif dans ce contexte. Pendant que la température de 72°C s'est révélée comme la plus favorable pour 15 UP, le maintien de la qualité de la bière pendant des flash pasteurisations de 80 et 500 UP était meilleure à une température de 84°C. Il pourrait donc être démontré que l'unité de pasteurisation n'est pas convenable comme indicateur de détérioration du produit de traitement thermique."
PASTEURISATION TUNNEL – ORGANISATION
La pasteurisation tunnel va consister a faire circuler des récipients remplis de produit à traiter, dans une enceinte dans laquelle ils vont subir des arrosages d’eau de plus en plus chaude jusqu'à ce que le récipient pénètre dans une zone dite de pasteurisation ou il sera maintenu pendant un temps de passage précis a ce qui correspond, au chambrage en pasteurisation pompable. . Puis à la sortie de cette zone, le récipient sera aspergé avec de l’eau d’abord chaude puis de plus en plus froide, la dernière eau étant de l’eau du réseau de l’exploitant. Le traitement thermique dans un pasteurisateur tunnel sera toujours plus long que celui de la flash pasteurisation ou du soutirage à chaud et les températures utilisées seront nettement plus basse (60 à 70°C). Dans un pasteurisateur tunnel, les récupérations thermiques et les utilisations d’eau sont très étudiées .Dans le cas de traitement d’emballage en verre, lors du réchauffement et du refroidissement qui suit, les températures appliquées seront progressives, afin d’éviter tout choc thermique, générateur de casse.
Le pasteurisateur tunnel est un engin encombrant, dont la surface au sol en fonction de la production horaire peut varier de 40 m² à 300 m² pour un poids à vide qui variera de 15 tonnes à plus de 125 tonnes.A titre d’exemple : un constructeur « Simonazzi » utilise une surface au sol de 144 m² pour un traitement total de 50 minutes et une cadence de 50 000 bouteilles / heure d’un diamètre de 62 mm. Il y aura donc toujours un grand décalage entre le moment ou les bouteilles sortent de la soutireuse-boucheuse et le moment où elles entrent à l’étiqueteuse.
Les pasteurisateurs tunnel suivant leur construction se différentient en :
- Pasteurisateurs à étagères : le plus ancien, très fiable mais couteux en énergie et de construction lourde et délicate.
- Pasteurisateurs à grilles
- Pasteurisateurs à chaînes
Le pasteurisateur tunnel privilégie de nos jour le tapis à grille a pas de Pèlerin qui a l’avantage de maintenir à l’intérieur de l’appareil une distribution ordonnée, premier entré- premier sorti ( Fifo : first in , first out) et d’être économe en énergie dans la mesure ou le tapis ne se déplaçant pas le long de l’appareil il n’y aura pas de masse métallique périodiquement réchauffée puis refroidie et ainsi de suite pendant son utilisation
Au niveau du groupe de conditionnement le pasteurisateur bouteille est figé quant à sa vitesse, néanmoins aujourd’hui il existe des pasteurisateurs dit flexibles qui suivent en temps réel l’évolution des températures dans les récipients et savent réagir pour fonctionner à UP constant en redistribuant les zones d’attribution des bains d’eau chaude en fonction des UP acquises et à acquérir.
PAS DE PELERIN
Système de transfert de récipients se présentant sous forme de tapis, utilisé en convoyage de bouteilles ou boites et constituant souvent les tapis des pasteurisateurs tunnel. Le tapis en question ne se déplace pas sur toute son étendue, seuls des éléments bien localisés sur sa surface se déplacent d’une faible amplitude avec retour au bout d’un cycle à l’état initial cette amplitude est réglable, représente un pas de déplacement et avec la fréquence du mouvement détermine la vitesse du convoyeur. Le pas de pèlerin présente l’avantage d’un déplacement ordonné. Le mécanisme du déplacement des éléments est assuré par des vérins mécaniques ou oléopneumatiques.
Principe de fonctionnements du pas de pèlerin : L’avancement des récipients sur le tapis se fait grâce à une série de barres fixes et alternées par rapport à une autre série de barres mobiles. Ces barres mobiles peuvent s’élever de quelques millimètres, soulever ainsi les récipients puis avancer d’un pas , redescendre et déposer les récipients à nouveau sur les barres fixes puis revenir à leur position initiale pour recommencer un cycle.
Schéma de principe du pas de pelerin
L’ECHANGEUR A PLAQUES ELECTRIQUE DU TYPE PLATELEC
Il s’agit en fait d’un nouveau type de réchauffeur électrique basé sur le principe du chauffage par effet joules. Ce réchauffeur est un échangeur à plaques dans lequel le fluide caloporteur est remplacé par une plaque électrique. Cette plaque électrique est constituée d’une résistance classique noyée dans un bloc d’aluminium possédant la forme d’une plaque d’échangeur standard. L’échangeur à plaques électrique baptisé platélec bénéficie des avantages simultanés de l’échangeur à plaque classique et de l’électricité. Cette technnologie simple pour une chaudière permet de rationaliser en énergie les installations et surtout d’intégrer les unités de chauffe au sein même du procédé. La rationalisation vient du fait que la puissance est directement adaptée au service désiré puisqu’il y a suppression de la boucle intermédiaire. L’intégration des plaques électriques se fait sur les échangeurs en place, ce qui ne modifie pas les schémas hydrauliques. L’échangeur de chaleur ne se comporte plus comme un auxiliaire statique, mais intègre une fonction dans le procédé.. Cette technologie a été développée en partenariat entre EDF et VICARB et a donné lieu à un brevet.
Le Platelec peut se décliner en Pasteurisateur – stérilisateur et en générateur électrique de vapeur. L’appareil est constitué d’un empilement des plaques électriques et chaque plaque électrique représente une puissance de 3 ou 5 KW.La puissance de chauffe intégrée par bloc est importante, la température maximale de service est de 180°C la pression maximale 10 bars et l’appareil ne rentre pas dans norme des appareils à pression. Afin de de traiter une gamme étendue de fluides, la surface des plaques électrique peut être revêtue de matériaux différents : PTFE, ou d’un alliage d’acier inoxydable obtenu par pulvérisation d’acier inox.
Pasteurisation de la bière - Partie 1 : théorie de la destruction thermique des microorganismes
© Pierre Millet
Pierre Millet est un ancien Brasseur et Ingénieur Brassicole, à la retraite mais toujours très actif notamment au sein du Musée Français de la Brasserie à St Nicolas, que vous avez pu rencontrer lors de nos LABs. Il est l'un des dernières détenteurs de savoir-faire et d'histoires de brasseries des 60 dernières années. Régulièrement Pierre Millet nous fait part de ses réflexions et recherches sur les techniques et problématiques de Brasseries.
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