La conception d'un biscuit parfait : Une étude détaillée de la technologie de fabrication des biscuits
Il ne s'agit pas d'une évaluation de produit. Au lieu de cela, nous allons aller plus loin que les conseils de base en matière de pâtisserie pour expliquer le fonctionnement technique d'une machine à biscuits. Nous parlons ici du point de rencontre entre l'ingénierie mécanique, la science alimentaire et l'automatisation industrielle.
L'article décrit la technologie par étapes. Nous examinerons tout d'abord les lois mécaniques de base et la science thermique impliquées dans le production de biscuits à partir de la pâte.
Ensuite, nous nous pencherons sur les systèmes de contrôle et d'automatisation sophistiqués qui rendent possible la production contemporaine de biscuits de haute précision.
Principes fonctionnels principaux
Tous les fabricants de biscuits fonctionnent de la même manière, qu'il s'agisse d'un minuscule modèle de laboratoire ou d'une énorme usine de fabrication de biscuits. ligne de production industrielle. Ils présentent tous les trois mêmes systèmes : préparation de la pâte, formage et façonnage, et traitement thermique.
Pour bien comprendre le fonctionnement de la machine, il faut la décomposer en systèmes individuels et comprendre d'abord chacun d'entre eux. Chaque phase comporte des obstacles techniques distincts. En outre, chacun d'entre eux joue un rôle direct dans la qualité du biscuit final.
Mélange et préparation de la pâte
Le système de mélange a une tâche principale : créer un mélange uniforme avec les bonnes propriétés d'écoulement. La rhéologie, terme utilisé par les scientifiques, est la capacité d'une substance à s'écouler. C'est à ce stade que le processus commence.
Différentes conceptions répondent à des besoins différents. Les mélangeurs planétaires conviennent bien à la production par lots. Pour la production par lots, les mélangeurs planétaires conviennent. lignes de production en continuLes pétrins horizontaux sont donc plus efficaces. Le principal problème technique consiste à gérer la tension de la pâte et à réguler la température qui augmente en raison de la friction.
La vitesse et la durée du mélange sont des paramètres cruciaux. Si vous mélangez trop, vous développerez trop de gluten dans les pâtes à base de blé. Cela rendra les biscuits durs et moelleux alors que vous les voulez tendres.
- Incorporation des ingrédients : Cette étape permet de répartir correctement les matières grasses, les sucres, la farine et les autres ingrédients, car elle garantit un mélange homogène de tous les ingrédients. Sans cette étape, vos biscuits ne seront pas homogènes.
- Aération : L'ajout d'air à la pâte est une caractéristique du pétrissage. C'est le mécanisme de contrôle de la densité de la pâte finale, de l'étalement des biscuits et du type de texture qu'elle présente à la cuisson.
- Régulation de la température : Un certain nombre de pétrins industriels sont équipés de cuves à double paroi. Elles éliminent la chaleur de la friction grâce à la circulation d'un liquide de refroidissement (comme le glycol réfrigéré), ce qui permet de maintenir la pâte à la bonne température.
Formage et mise en forme
Ce système est responsable de la mise en forme des biscuits. Il prend la pâte en vrac dans le mélangeur et la transforme en morceaux individuels de forme et de poids uniformes.
Les principales technologies sont le dépôt, l'extrusion et le moulage rotatif. Chaque méthode est conçue pour les types de pâtes spécifiques et les besoins en produits finis.
Unités de traitement thermique
C'est là que la magie opère. La pâte crue devient un biscuit fini grâce à une application précise de la chaleur. C'est beaucoup plus complexe que de simplement "chauffer".
L'objectif est d'obtenir un levage contrôlé, de fixer la structure du biscuit, de développer la couleur par des réactions chimiques et de réduire l'humidité, afin que la texture et la durée de conservation du biscuit soient conformes aux attentes.
La science du transfert de chaleur
Pour bien comprendre un fabricant de biscuits, il faut analyser la physique de son four. La façon dont l'énergie est transférée à la pâte détermine la texture, la couleur et la structure finales d'un biscuit. Il existe trois modes de transfert de la chaleur : la convection, la conduction et le rayonnement. Ces trois méthodes sont utilisées.
Différents types de fours s'appuient sur un ou plusieurs de ces principes pour obtenir des résultats particuliers. Le bon choix de la technologie de chauffage est une décision d'ingénierie critique pour chaque système de cuisson.
Fours à convection
Les fours à convection utilisent de l'air chaud forcé pour la cuisson. Un ventilateur ou un système de turbine déplace l'air chaud dans toute la chambre de cuisson. Cela permet d'obtenir une température uniforme dans l'ensemble de la chambre de cuisson.
Cette méthode est excellente pour créer un brunissement uniforme sur toute la surface des biscuits. Elle garantit une cuisson homogène du bord au centre. L'ingénierie se concentre sur les flux d'air, la conception des ventilateurs et le contrôle de l'humidité.
Dans les fours industriels à convection, la vitesse de l'air est généralement comprise entre 1 et 3 mètres par seconde. Des vitesses plus élevées augmentent les taux de transfert de chaleur et d'élimination de l'humidité. Vous pouvez ajuster cette vitesse pour obtenir le croustillant souhaité du biscuit final.
Fours à conduction
La conduction est le transfert de chaleur par contact direct. Dans une machine à biscuits, cela se produit lorsque la pâte est placée sur la surface chaude de l'équipement de cuisson. Il s'agit généralement d'une bande transporteuse en acier ou d'un moule.
Cette méthode permet d'obtenir un fond de biscuit croustillant et doré. Cependant, les propriétés thermiques de la surface de cuisson deviennent un problème de conception majeur.
- Acier au carbone Groupes : Avantage: Excellente conduction de la chaleur pour un transfert efficace de la chaleur et une bonne cuisson. Inconvénient : Peut rouiller et nécessite un entretien minutieux.
- Acier inoxydable Bandes : Avantage: Très durable, résistant à la rouille et excellent pour la sécurité alimentaire. Inconvénient : Ne conduit pas aussi bien la chaleur, ce qui peut nécessiter d'ajuster les paramètres de cuisson.
Chauffage infrarouge et radiant
Le chauffage par rayonnement transfère l'énergie par le biais d'ondes électromagnétiques, principalement dans la gamme des infrarouges. Cette énergie se propage directement de l'élément chauffant à la surface de la pâte, sans que l'air ne soit nécessaire comme support.
Cette méthode est très efficace et permet de chauffer rapidement la surface. Elle est particulièrement efficace pour développer la couleur et la croûte finie. Elle accélère les réactions chimiques à l'origine du brunissement et de la caramélisation.
Méthode de chauffage | Mécanisme primaire | Effet sur le cookie | Efficacité énergétique |
Convection | Circulation d'air chaud | Brunissement uniforme, texture homogène | Modéré |
Conduction | Contact direct avec la surface | Base croustillante, brunissement du fond | Élevé (au point de contact) |
Infrarouge | Rayonnement électromagnétique | Brunissement rapide de la surface, contrôle de l'humidité | Haut |
Dynamique de la pâte au façonnage
Le façonnage de la pâte à biscuits est un domaine de l'ingénierie mécanique qui traite de l'application de la science des matériaux. La pâte à biscuit est un fluide complexe et non newtonien. Cela signifie que son épaisseur varie sous l'effet d'une contrainte.
Le choix de la méthode de façonnage dépend entièrement de la fluidité de la pâte. Chaque technologie s'applique à un type de pâte particulier, allant de la pâte molle et collante à la pâte ferme et friable.
Coupe de fil et déposants
Cette technologie est utilisée pour les pâtes molles, épaisses et riches en matières grasses. Par exemple, les biscuits aux pépites de chocolat ou aux flocons d'avoine.
La pâte est placée dans une trémie et est ensuite poussée sous pression par des buses sur le tapis roulant. Un fil ou une lame oscille d'avant en arrière et coupe la pâte, libérant ainsi le dépôt.
Lors de la conception d'une déposeuse, le principal obstacle réside dans le fait qu'il faut s'assurer que chaque portion est de la même taille. Cela nécessite un contrôle précis de la pression de la pompe et de la forme de la buse afin de gérer les variations d'épaisseur de la pâte et d'éviter le "tailing", c'est-à-dire les petites longueurs de pâte qui se détachent après la découpe.
Moule rotatif
Les moules rotatifs sont destinés aux pâtes peu grasses, rigides et friables. Ils permettent de fabriquer des produits tels que des sablés, des biscuits sandwichs ou tout autre biscuit présentant un motif en relief.
Le système comporte une trémie qui alimente la pâte en direction d'un grand rouleau gravé. Un rouleau de force presse la pâte rigide dans les cavités gravées sur le rouleau de la filière.
- La pâte est introduite dans la trémie.
- Un rouleau de force presse la pâte dans le rouleau gravé.
- Un couteau racleur permet de retirer l'excédent de pâte de la surface du rouleau.
- La bande d'extraction - une bande de tissu soumise à une tension précise - tire le morceau de biscuit formé du moule.
La clé du succès de la libération du pâton est sa séparation nette. Cela dépend à la fois de la recette de la pâte et de la tension, ainsi que du matériau de la bande d'extraction.
Extrudeuses et co-extrudeuses
L'extrusion pousse la pâte à travers une plaque d'extrusion pour produire une forme continue. Elle est ensuite coupée à la longueur voulue. Cette technique est utilisée pour des produits tels que les biscottes avant qu'elles ne soient tranchées.
La co-extrusion est un cas plus complexe. Deux matériaux différents sont extrudés simultanément. Un exemple fréquent est celui d'une barre remplie de figues, où la pâte extérieure est extrudée comme un tube tandis que la garniture est pompée par le centre.
La co-extrusion représente un défi technique de taille. Il est nécessaire de contrôler avec précision les débits et les pressions de deux matériaux différents afin d'obtenir les bons taux de remplissage.
Les cerveaux de l'opération
Une machine à biscuits contemporaine ne se résume pas à de simples composants mécaniques. Il s'agit d'un système électromécanique complexe contrôlé par une automatisation avancée.
Ces cadres ont évolué, passant de simples cadrans et minuteries manuels à des plates-formes logicielles entièrement intégrées. Ils garantissent la cohérence, la sécurité et l'efficacité opérationnelle.
Automates et IHM
Au centre de tout fabricant de biscuits automatisé se trouve un automate programmable industriel (API). Il s'agit de l'ordinateur industriel, ou du "cerveau", qui exécute la logique programmée pour l'ensemble du processus.
L'opérateur interagit avec l'automate par l'intermédiaire d'une IHM (interface homme-machine). Il s'agit généralement d'un écran tactile robuste. À partir de l'IHM, l'opérateur peut sélectionner des recettes, ajuster la vitesse des moteurs, régler la température des fours et visualiser les alarmes de diagnostic.
Les capteurs : Les sens de la machine
L'automate programmable dépend d'un réseau de capteurs qui suivent en temps réel tous les aspects de la chaîne de production. Ces capteurs sont les yeux et les oreilles de la machine.
- Capteurs de température (thermocouples/RTD) : Ceux-ci sont répartis dans les zones du four et parfois dans le mélangeur pour fournir des données cruciales sur la température.
- Capteurs optiques/systèmes de vision : Après la cuisson, les biscuits sont analysés à l'aide de caméras à grande vitesse afin de déterminer leur taille, leur couleur, leur hauteur et leurs défauts de surface. Les produits non conformes sont automatiquement éjectés.
- Capteurs de proximité : Il s'agit de dispositifs de sécurité critiques qui savent qu'une porte de protection est ouverte. Ils arrêtent alors immédiatement la machine pour éviter les blessures.
- Cellules de charge : Ces balances électroniques sont placées sous les cuves de mélange ou les trémies et mesurent le poids pour obtenir un dosage précis et reproductible.
Boucles de rétroaction et contrôle
Le véritable pouvoir de l'automatisation réside dans les boucles de rétroaction. Le système utilise les données des capteurs pour procéder à des ajustements automatiques.
Par exemple, si un système de vision remarque que les biscuits deviennent trop foncés, il envoie un signal à l'automate. L'automate réduira alors la température de la zone finale du four de quelques degrés ou augmentera légèrement la vitesse de la bande transporteuse.
Ces ajustements en temps réel se produisent en quelques secondes. Ils corrigent les légères variations de la température de la pâte ou de l'humidité ambiante. Le système est donc en mesure de maintenir des normes de qualité du produit supérieures à 99,5%, ce qui ne peut être obtenu par un contrôle manuel.
Conclusion : La science et l'acier
Nous sommes passés des bases du mélange et du formage à la physique avancée du transfert de chaleur et à l'intelligence de l'automatisation moderne.
Un fabricant de biscuits très performant est une démonstration de la complexité et du bon fonctionnement de plusieurs disciplines. Le génie mécanique donne la forme. La science thermique gère la transformation. Les systèmes de contrôle assurent la précision.
Le résultat est un système très efficace et une stratégie d'optimisation. Il est produit grâce à une incroyable créativité pour s'assurer que tout est comme il se doit : un biscuit parfait.
Liens de référence：
- https://www.sciencedirect.com/journal/journal-of-food-engineering
- https://www.foodengineeringmag.com/
- https://link.springer.com/
- https://ifst.onlinelibrary.wiley.com/journal/13652621
- https://www.sciencedirect.com/journal/innovative-food-science-and-emerging-technologies
- https://www.sciencedirect.com/journal/trends-in-food-science-and-technology
- https://www.degruyterbrill.com/journal/key/ijfe/html
- https://ift.onlinelibrary.wiley.com/
- https://advantechbake.com/
- https://www.bakersauthority.com/
