Thermostatisation des échantillons de levain

Les fabricants de l’industrie agroalimentaire moderne produisent aujourd'hui des produits boulangers, comme des pizzas surgelées, qui ont non seulement meilleur goût qu’avant, mais qui sont aussi plus sains, plus qualitatifs et qui se conservent plus longtemps.

Des normes de qualité précises, des plans de production strictement définis, des goûts qui évoluent – les producteurs de l'agroalimentaire sont confrontés à des exigences variées. Les procédés de contrôle liés sont souvent très chronophages.

En coopération avec le centre de recherches de Nestlé, Dr. Helmut Trautmann de la société abiotec AG a développé un moniteur de volume de gaz à bain spécial pour échantillons de pâte à pizza. Ce moniteur permet de mesurer avec une grande précision et rapidement la qualité et la formation de gaz. 

Le moniteur de volume de gaz à bain spécial est composé d’un grand bain en plexiglas, d’un thermoplongeur chauffant MA de JULABO de la série TopTech, et d’un cryoplongeur FT200 de JULABO avec sonde immergée, qui permet un refroidissement rapide des fluides à basse température, et qui sert ici à refroidir le thermostat chauffant. La mesure est réalisée par des unités fermées qui évaluent la pression absolue de manière précise et stable sur la durée.

Analyse de la pâte à pizza traditionnelle

La pâte à pizza est composée principalement de farine, d’eau et de dioxyde de carbone. La pâte se forme spontanément, quand une suspension de farine et d’eau réagissent ensemble. Les microorganismes présents dans l’air, principalement des levures, colonisent la pâte. Les levures sont des champignons unicellulaires, qui se multiplient par bourgeonnement. De leur métabolisme (fermentation) découle un produit final de dioxyde de carbone (CO2) [1]. 

Pour le développement de pizzas préparées, comme celles que l'on retrouve dans les rayons de tous les supermarchés, des séries de test de développement ont été réalisées afin d'analyser différentes souches de levure, recettes de pâte et leurs procédés de formation de gaz [2].

[1]Source : https://wissensforum-backwaren.de/wp-content/uploads/kap_VI-2_Teiglockerung_Hefeteig.pdf -  S.VI-2.1:Biologische Teiglockerung – Hefeteig
[2]Source : https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/verstehen-was-im-teig-passiert/

Fermentation dépendante de la température

Comme toutes les réactions biochimiques, les réactions de fermentation de la pâte à pizza dépendent également des températures. L’activité de la levure et ainsi la durée de fermentation varient selon la température et la quantité de levure. La vitesse de réaction de la fermentation augmente de manière exponentielle avec l’augmentation des températures. Plus la température monte, plus l'activité de la levure augmente jusqu’à atteindre un optimum de fermentation situé à environ +35 °C, pour ensuite baisser drastiquement [3]. Pour une pâte à pizza classique, et à une température maximale de +35 °C : plus il faut chaud, plus la formation de gaz est rapide. 

Toute température supérieure ralentit et peut même bloquer l’enzymolyse cellulaire des cellules de levure. La force de fermentation baisse et s’arrête complètement à des températures autour de +65 °C via la coagulation des protéines des cellules [4]. 

Une baisse des températures sous +30 °C jusqu’au point de congélation réduit nettement l'intensité de la fermentation. Sous 0 °C, la levure est très peu active. Ses composants (sels minéraux, sucre, protéine soluble) réduisent le point de congélation de l’eau cellulaire, si bien que les cellules de levure gèlent généralement à partir de -7 °C. La levure se conserve pendant des mois à des températures de gel d’environ -20 °C sans aucune dégradation notable de la puissance de levage. Elle résiste également à plusieurs congélations et décongélations sans grande dégradation de son activité [5].

Dans un environnement refroidi, la formation de gaz provoquée par les levures est lente et peut durer plusieurs semaines. Dans un environnement chaud au contraire, l’activité est réduite de l'ordre de chiffres à la puissance dix [6]. Les procédés de formation de gaz des tests de pâte affichent sur le moniteur de volume de gaz à bain spécial une activité d’abord modérée, puis nettement supérieure. Une durée de conservation plus longue est donc assurée pour la pâte à pizza congelée, cela signifie que plus l'échantillon de pâte est froid, plus sa durée de conservation est longue.

Fig. : Activité de la levure selon la température (courbe de fermentation)

[3]Source : https://wissensforum-backwaren.de/wp-content/uploads/20_Die-Gaersteuerung-mittels-Kaeltetechnik_Fachbroschuere.pdf -Die Gärsteuerung mittels Kältetechnik, S.12

[4]Source : https://wissensforum-backwaren.de/wp-content/uploads/20_Die-Gaersteuerung-mittels-Kaeltetechnik_Fachbroschuere.pdf -Die Gärsteuerung mittels Kältetechnik, S.28

[5]Source : https://wissensforum-backwaren.de/wp-content/uploads/20_Die-Gaersteuerung-mittels-Kaeltetechnik_Fachbroschuere.pdf -Die Gärsteuerung mittels Kältetechnik, S.29

[6]Source : https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/verstehen-was-im-teig-passiert/

Technique de mesure précise et sans erreur / contrôle des procédés de fermentation avec des techniques thermiques

Le grand défi de la mesure de la qualité de la pâte est le calcul de la formation de gaz du dioxyde de carbone libéré, qui se manifeste par l’augmentation du volume de la pâte. 
Pour une évaluation précise et sûre du volume de la pâte, un moniteur de volume de gaz (à bain spécial) a été développé : la mesure est réalisée par des unités fermées qui évalue la pression absolue de manière précise et stable sur la durée [7]. L’appareil calcule la quantité de gaz formée sur la base de la loi des gaz parfaits.
Pendant les tests, des variations minimales de gaz sont enregistrées. Elles servent de base pour le calcul des volumes de gaz formés. En cas de dépassement d’un seuil de pression définissable, une vanne magnétique permet un bref équilibrage de la pression. L'unité de mesure est ensuite fermée et la mesure intégrée reprend. Grâce à cette mesure précise et à haute résolution temporelle de la formation du gaz et d'autres valeurs en découlant, les contrôles de qualité et les contrôles postérieurs durant généralement une ou deux heures, sont réduits à moins d'une heure. Les nouvelles valeurs récoltées permettent également l’accès à des attributs de qualité étendus, et améliorent la sécurité de l'évaluation des lots de levure [8].

[7]Source : http://www.abiotec.ch/downloads/d_Gasvolumen_Monitor.pdf
[8]Source : https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/verstehen-was-im-teig-passiert/

Résumé :

Pour résumer, le moniteur de volume de gaz (à bain spécial) peut mesurer précisément et sans complications les caractéristiques détaillées de la pâte à pizza, sur de longues périodes et pour des volumes importants, indépendamment du site et des conditions extérieures. 
L’évaluation précise des taux de formation de gaz sur une large plage de mesure (> quatre puissances de dix, soit 1 ml par jour et jusqu’à 3 l par heure) permet des mesures de routine optimales pour les contrôles de qualité des échantillons de pâte à pizza [9]. 
Le moniteur de volume de gaz à bain spécial est un appareil de précision spécialement conçu pour le développement de nouvelles recettes de pâte et de produits, qui permet à la fois de les contrôler et de les évaluer avec précision. Un appareil de mesure robuste mais hautement précis, parfaitement adapté aux préférences, configurations et consignes en perpétuelle évolution du marché.
Toutes les réactions chimiques qui dépendent de réactions de formation de gaz ou de consommation de gaz, peuvent être évaluées de manière précise et rapide. Les effets purement physiques liés à des phénomènes de sorption de gaz et de désorption, peuvent également être mesurés à l’aide du moniteur de volume de gaz (à bain spécial). En plus de son utilisation pour les technologies agroalimentaires, cet appareil de mesure très précis peut en outre être utilisé pour des tâches très exigeantes et des problèmes du domaine pharmaceutique et des techniques environnementales, notamment la production de biogaz.

[9]Source : http://www.abiotec.ch/downloads/d_Gasvolumen_Monitor.pdf

Données techniques - spécifications

Le moniteur de volume de gaz à bain spécial a été conçu pour des conditions dans lesquelles la température est régulée (bain marie, incubateur, chambre froide) entre 0 °C et +45 °C, et pour de petites quantités entre 10 et 200 grammes. Sur demande, il est possible d’obtenir des récipients pour de plus grandes quantités.
Grande plage de mesure jusqu'à 4 puissances de dix :
 de 1 ml par jour à env. 3 litres par heure
Haute résolution 
de 0,05 à 0,2 ml de gaz (récipient de 850 ml ou 2,5 l)

Les têtes de mesure sont composées d’acier inoxydable, dans une version protégée contre les projections d’eau, et dont le boîtier comprend les fonctions suivantes :
• Capteur de pression absolue haute précision de 0,6 à 1,6 bars 
• Calibrage haute définition, stable sur long terme et compensé en température
• Électronique de transmetteur avec interface RS-485 
• Vanne spéciale électromagnétique avec un taux de fuite minimal 
• Concept sécurité de surpression à plusieurs niveaux (matériel et logiciel)

Récipient de mesure disponible dans différentes dimensions 
• Volume standard : 850 ml et 2,5 l (fabrication spéciale sur demande du client) 
• Technique d'étanchéité Tri Clamp avec joint spécial étanche aux gaz 
• Admission de pression jusqu’à 8 ou 10 bars

Spécifications du thermoplongeur MA de JULABO
Les thermoplongeurs chauffants JULABO de la série TopTech sont utilisés dans le monde entier et forment la base de la gamme de thermostats JULABO. Que ce soit dans la recherche fondamentale, dans le contrôle des matériaux ou dans les installations techniques, cette technique éprouvée et fiable est estimée par les utilisateurs de toutes les branches. 

Le thermostat plongeur MA de JULABO de la série TopTech est équipé d’une pince de fixation pour des parois jusqu’à 26 mm. Les pinces permettent un montage rapide et facile sur les cuves existantes. La fixation peut également se faire sur un trépied de laboratoire. Les pièces immergées sont fabriquées en acier inoxydable ou en plastique de grande qualité et peuvent être immergées jusqu’à 16,5 cm (réductible à 14,5 cm). Le kit de pompe disponible en accessoire permet de réaliser des missions de thermostatisation externes. Un set de montage de serpentin de refroidissement pour le raccord d’eau est également disponible pour la thermostatisation près de la température d'environnement ou en dessous.
Le thermoplongeur MA de JULABO est équipé d’un grand écran MULTI-DISPLAY (LED) bien lisible. Des fonctions d'alarme et de sécurité, une sécurité surchauffe réglable et des niveaux de puissance de pompage à réglage
électrique (résolution d'affichage 0,01/0,1 °C) sont également visibles et disponibles via un tableau de commande. Pour une sécurité maximale d'utilisation, une alerte visuelle et acoustique permet une mise hors service à temps en cas d’urgence.
L'appareil se distingue par sa thermorégulation PID2 haute précision avec compensation des grandeurs perturbatrices et des paramètres configurables (constante ±0,01...±0,02 °C). Une sécurité de mesure optimale est garantie par la « Absolute Temperture Calibration », qui assure une compensation d’une différence de température causée par des facteurs physiques et un calibrage à 3 points. Les thermoplongeurs MA de JULABO sont équipés de niveaux de puissance de pompage SMART PUMP, fiables et à réglage électronique. Le raccord de série d'une interface RS232 pour raccorder un ordinateur assure la communication des données.
Avantages des cryoplongeurs JULABO
Les cryoplongeurs JULABO sont une alternative économique et peu encombrante au refroidissement classique de l’eau du robinet. Une consommation inutile d’eau froide est évitée et l’encombrement est moindre. Grâce à son utilisation et sa manipulation simples, cette série d'appareils est idéale pour différentes missions de refroidissement. 

Fig. : Moniteur de volume de gaz à bain spécial avec thermoplongeur chauffant MA de JULABO de la série TopTech et cryoplongeur FT200 de JULABO
Fig. : Moniteur de volume de gaz à bain spécial avec thermoplongeur chauffant MA de JULABO de la série TopTech