Équipement de fabrication de haricots à barres à petite échelle et leur impact
Le monde du haricot au bar | 30/04/2019 | Équipement de fabrication de haricots à barres pour les fabricants à petite échelle
Il s'agit d'un résumé basé sur les travaux de Hinneh et al. (2019). Pour l’article complet, recherchez ce qui suit :
Pendant des milliers d'années, la fabrication du chocolat nécessitait un metate, un petit mortier et un pilon en forme de table. Le métate serait placé sur une petite flamme et les fèves de cacao seraient broyées en une pâte, la chaleur de la flamme aidant à faire fondre la graisse du cacao lors de son broyage.
Aujourd’hui, des équipements volumineux et coûteux sont utilisés pour broyer, affiner et affiner le chocolat pour en faire un produit onctueux et luxueux. Même pour les chocolatiers de taille moyenne, l'équipement nécessaire à la fabrication du chocolat lui-même peut coûter environ 30 000 $ US. Pour les chocolatiers qui n'ont pas 30 000 $ à investir, ils ont besoin d'options plus abordables.
Cette recherche a analysé les différents types d'équipements adaptés aux petits fabricants et l'impact de ces machines sur le chocolat. Les deux options principales incluent un mélangeur Cocoatown et un mélangeur Stephan. Ces deux éléments sont relativement abordables, compacts et plus facilement accessibles.
Aperçu de l'expérience
Le chocolat était fabriqué selon trois procédés, en utilisant un mélange d'équipements différents. Le chocolat 1 a été fabriqué à l'aide d'un équipement standard à plus grande échelle, notamment un broyeur à boulets pour broyer et affiner le cacao et une conche pour affiner le chocolat.
Chocolate 3 a été fabriqué à l'aide d'équipements plus abordables à plus petite échelle, notamment un mélangeur CocoaTown pour moudre et affiner, et un mélangeur Stephan pour faire office de conche.
Chocolate 2 a été fabriqué en utilisant des équipements des deux : le mélangeur Cocoatown, plus abordable à moudre, et la conche ELK'olino, plus coûteuse, pour le finir.
Les résultats des équipements ont porté sur :
- La taille des particules
- Microscopie
- Teneur en humidité
- Répartition des particules
- Comportement du flux
Voici un résumé que j’ai dressé des expériences et du type d’équipement utilisé. Voir ci-dessous pour une représentation visuelle de l’équipement tirée de l’article de recherche.
L’équipement à l’extrême gauche est le plus cher pour la fabrication du chocolat à plus grande échelle. L'équipement à l'extrême droite est le plus économique et le plus adapté à la fabrication du chocolat à petite échelle. Image de Hinneh et al. (2019).
Choc 1 = Lot 1, Choc 2 = Lot 2, Choc 3 af = Lot 3. Image de Hinneh et al. (2019).
Description de l'équipement :
Mélangeurs
VEMA et Hobart sont tous deux des mélangeurs planétaires et ont été utilisés pour combiner les ingrédients avant d'être raffinés et conchés. Le mélangeur VEMA est à température contrôlée et les ingrédients ont été mélangés à 45°C. Le mélangeur Hobart est similaire, mais sa température n'est pas contrôlée, il a donc été chauffé à l'aide d'un pistolet thermique.
Raffineur à 3 rouleaux
Cette pièce d'équipement décompose le noyau de la graine (AKA cacao grué). Il a deux objectifs principaux : réduire la taille des particules des grains broyés et aider à libérer la graisse (beurre de cacao) des cellules du noyau. Réduire la taille des particules en dessous de 30 microns garantira que notre togue ne pourra pas détecter les petits grains et qu'elle sera lisse au toucher. Libérer la graisse aidera à lubrifier les particules contenues dans le chocolat et empêchera le chocolat d'être trop visqueux ou épais.
Voici une image d'un raffineur à 5 rouleaux et comment il fonctionne. Les espaces entre les rouleaux de bas en haut deviennent de plus en plus petits, réduisant ainsi la taille des particules. Chaque rouleau consécutif tourne dans la direction opposée à celui qui se trouve à côté, alimentant le chocolat sous le rouleau suivant. Cette image est tirée de The Science Of Chocolate (Beckett, 2008).
ELK'olino Conche
Une fois que les particules de chocolat ont été affinées suffisamment petites par le broyage et qu'une quantité suffisante de graisse a été libérée, il est temps d'affiner la saveur du chocolat. Cela se fait à l'aide d'une conche, inventée pour la première fois en 1879 par Rudolf Lindt en Suisse.
Une conche moderne, telle que l'ELK'olino utilisée dans cette expérience, affine la saveur du chocolat via le mouvement et la température. Le mouvement de va-et-vient de la conche permet la libération de molécules aromatiques dans l’air. Il élimine les arômes acides formés lors de la fermentation ainsi que d'autres arômes, modifiant ainsi la saveur globale du chocolat.
De la chaleur est également ajoutée, à des fins différentes. Si suffisamment de chaleur est ajoutée, on dit qu'elle induit une réaction de Maillard, mais celle-ci est très minime en raison de la faible teneur en eau. Toute humidité présente dans le chocolat à ce stade est également libérée et emporterait avec elle certaines molécules aromatiques. Un conchage trop long libère la plupart des molécules aromatiques et donne une saveur plate et très fade.
CocoaTown Melanger (Roswell, États-Unis)
Image du site Web de CocoaTown.
Le mélangeur CocoaTown a été utilisé à la place du raffineur à 3 rouleaux. Ils utilisaient à la fois un mélangeur plus petit avec des rouleaux cylindriques et un mélangeur plus grand avec des rouleaux coniques.
Les mélangeurs peuvent réduire la taille des particules à moins de 20 microns, mais cela prend beaucoup plus de temps. Le raffineur à 3 rouleaux était capable de broyer la même quantité en 10 à 15 minutes, alors que le mélangeur en prenait 3 (pour le plus petit mélangeur) ou 4,5 heures pour le plus grand mélangeur).
Il a affiné la taille des particules de manière significativement plus importante que le raffineur à 3 rouleaux. Ceci est bénéfique car la réduction de la taille des particules permet de libérer plus de graisse et empêche les particules de cacao et le sucre d'absorber plus d'humidité. Ces particules sont hydrophiles, c'est-à-dire qu'elles attirent et absorbent l'eau. S’ils sont exposés trop longtemps avant d’être recouverts de graisse, ils ont plus de chances d’absorber l’humidité, ce qui entraînera une agglomération induite par l’humidité. Toute humidité ajoutée au chocolat, même seulement 1 %, épaissira le liquide et modifiera la texture du produit final.
Stephan Mixer (Hameln, Allemagne)
Image du site Web de Stephan.
Le mixeur Stephan est un outil polyvalent, doté de lames rotatives et d'un bras grattoir pour racler les parois du bol. Elle a été utilisée dans cette expérience pour remplacer la conche ELK'olino. Bien que le mélangeur Stephan ne soit pas une conche, il déplace le chocolat comme une conche, avec des accessoires permettant de régler la température et la pression.
Il dispose d'une buse de vapeur et de pression pour contrôler à la fois la température et la pression. Dans cette étude, une durée plus longue de diminution de la pression dans le mélangeur Stephan a permis une élimination plus importante de l'humidité. On pense qu’abaisser la pression abaisse le point d’ébullition, permettant ainsi à davantage d’humidité de s’échapper. Il est également suggéré que cette humidité emporte également avec elle des molécules aromatiques et pourrait aider à éliminer les arômes acides et autres arômes défavorables.
Aperçu de l'impact de l'équipement sur le chocolat
Distribution granulométrique (PSD)
Image de Hinneh et al. (2019).
Comme prévu, plus le temps de raffinage est long, plus la taille des particules est petite. La recherche a comparé le PSD entre le raffineur à 3 rouleaux et le mélangeur. De plus, les chercheurs ont utilisé deux mélangeurs différents, un plus petit avec des rouleaux cylindriques et un plus grand avec des rouleaux coniques.
Image de Hinneh et al. (2019).
Ils ont observé que le chocolat fabriqué à partir du plus petit mélangeur équipé de rouleaux cylindriques réduisait davantage la taille des particules que le plus grand mélangeur (Tan et Balasubramanian (2017) ont trouvé les mêmes résultats). En regardant le graphique ici, vous pouvez voir une taille de particule de départ d’environ 31 microns. Le mini tambour était capable de réduire les particules à environ 10 microns, le grand tambour les réduisait à 12 microns et le raffineur à 3 rouleaux les réduisait à environ 13,5 microns. Dans l’ensemble, les mélangeurs ont réduit la taille des particules davantage que le raffineur à 3 rouleaux.
Mélangeur plus petit avec rouleaux cylindriques (à gauche) et mélangeur plus grand avec rouleaux coniques. Image de Hinneh et al. (2019).
La différence entre les deux mélangeurs est probablement liée à la forme des rouleaux, les rouleaux cylindriques (dans le plus petit tambour) introduisant une force de cisaillement, écrasant davantage de particules de cacao et de sucre. Les pierres du rouleau conique (dans le plus grand tambour) n'introduisent pas de force de cisaillement et ne décomposent donc pas autant de particules de cacao et de sucre.
La différence entre les mélangeurs et les raffineurs à 3 rouleaux pourrait être due au type d'équipement, mais aussi au temps que le cacao y passe. Le raffineur à 3 rouleaux a pu terminer le processus en 10 à 15 minutes, contre 3 et 4,5 heures pour les mélangeurs.
Liqueur de cacao (amande de cacao moulue) à gauche et chocolat (liqueur de cacao additionnée de sucre) à droite. Image de Hinneh et al. (2019).
Le chocolat est constitué de minuscules particules de cacao brun et de sucre flottant dans la graisse (beurre de cacao). Au fur et à mesure que les grains ou les grains de la graine de cacao sont broyés, les parois cellulaires sont brisées et la graisse qu'elles contiennent est libérée. Au fur et à mesure que le mélange s'affine et se réchauffe, la graisse fond et lubrifie toutes les minuscules particules de cacao cassées, ainsi que le sucre qui se décompose en même temps. Plus il y a de graisse disponible pour lubrifier les particules, plus le chocolat liquide devient lâche (moins épais). L'image microscopique ci-dessus représente les particules de cacao, de graisse et de sucre. Les minuscules granules d'amidon (b) semblent parfaitement sphériques et ininterrompus car ils mesurent déjà moins de 12 microns ou moins avant le broyage, et donc le broyage du noyau de cacao n'a pas d'impact sur les granules d'amidon.
Teneur en humidité
Teneur en humidité du chocolat produit à partir d'ELK'olino (Choc 1 & 2) et du Stephan Mixer (Choc 3A-F). Image de Hinneh et al. (2019).
Le contrôle de la teneur en humidité est crucial pour la fabrication du chocolat, car il a un impact direct sur la sensation en bouche et la viscosité du chocolat. Trop d'humidité rendra le chocolat trop épais lorsqu'il est liquide et aura une texture moins que souhaitable.
La teneur en humidité des chocolats un et deux, qui utilisaient tous deux la grande conche ELK'olino, était respectivement de 0,63 % et 0,62 %. La teneur en humidité du chocolat utilisant le mélangeur Stephan variait de 0,52 % à 1,03 %, en fonction de la durée de la pompe à vide. Plus la pompe à vide était utilisée longtemps, plus la quantité d’humidité était éliminée. Ils suggèrent que la diminution de la pression, qui entraîne une diminution du point d’ébullition, contribue à l’évaporation de l’eau contenue dans le chocolat à une température plus basse. Il est important de noter que la teneur en humidité du chocolat du mélangeur Stephan et de la conche ELK'olino se situait toutes dans la plage acceptable de 0,5 à 1,5 %.
Comportement du flux
Le processus de fabrication du chocolat a un impact considérable sur le comportement d'écoulement, mais les ingrédients, la teneur en matières grasses et l'humidité ont également une influence considérable. L'écoulement, ou rhéologie, du chocolat peut être mesuré par la valeur de rendement. Le chocolat est un fluide non newtonien, ce qui signifie qu’il nécessite de l’énergie ou du stress pour le faire bouger. Plus la valeur d'élasticité est élevée, plus la contrainte nécessaire pour déplacer le liquide est importante. Comme vous pouvez l’imaginer, plus la valeur de rendement est élevée, plus le chocolat sera épais.
Parfois, vous souhaitez un chocolat plus épais, par exemple pour faire des marques lors de l'enrobage. Le chocolat plus épais (valeur de rendement plus élevée) résistera au toucher. Parfois, vous souhaitez un chocolat très fin, par exemple pour recouvrir quelque chose d'aussi peu de chocolat que possible afin de réduire les coûts. Cependant, lors de la fabrication du chocolat, les fabricants souhaitent souvent obtenir un faible rendement afin de rendre le chocolat plus facile à utiliser et à manipuler.
Ci-dessous, nous pouvons voir que les différents chocolats produits ont donné lieu à des valeurs de rendement différentes. Il semble y avoir une certaine corrélation avec la teneur en humidité et la valeur du rendement.
Le chocolat fabriqué à l'aide du mélangeur Stephan semble avoir un rendement inférieur avec une durée de vide plus longue. Ceci est également corrélé à la teneur en humidité, il semble donc que le débit et la teneur en humidité soient directement liés. Plus l'humidité est faible, plus la valeur de rendement est faible.
La capacité du mélange à réduire la taille des particules et à en enrober davantage de graisse semble avoir directement réduit la viscosité du chocolat. Plus la taille des particules est petite, plus la graisse libérée est importante et moins les particules vont se gêner lors de leurs déplacements. La teneur plus élevée en matières grasses leur permet de se croiser comme une autoroute bien organisée, où les voitures sont des particules et les voies sont du beurre de cacao. La viscosité finale semble être davantage liée à la quantité globale de matières grasses contenue dans le chocolat.
Conclusion
Hinneh et coll. a déclaré que le mélangeur CocoaTown est une alternative raisonnable au raffineur à 3 rouleaux pour broyer la taille des particules du chocolat, et semble également les broyer à une taille plus petite. Cependant, le raffineur à 3 rouleaux est plus efficace en termes de temps.
Le type de rouleau (cylindrique ou conique) du mélangeur avait également un impact sur la taille des particules. Les rouleaux cylindriques étaient capables de produire une force de cisaillement plus importante, ce qui entraînait une taille de particule plus petite.
Le mélangeur Stephan est également suggéré comme une alternative avantageuse à une véritable conche. La durée du vide sur le mélangeur Stephan a eu un impact significatif sur l'élimination de plus d'humidité du chocolat, et donc sur l'amélioration des propriétés d'écoulement du chocolat. Cependant, la teneur en matières grasses du chocolat semble avoir un impact plus important sur l'écoulement.
Pour lire l'article original : Équipement de fabrication de haricots à barres pour les fabricants à petite échelle