Table des matières

Introduction

La crème glacée a fort probablement émergé des breuvages glacés qui étaient populaires à l'époque médiévale. Du vin et des fruits étaient refroidis avec de la glace provenant des montagnes, pour l'Empereur de Rome, au premier siècle. En 1851, la première industrie en Amérique à fabriquer en grande quantité de la crème glacée s'est établie à Baltimore, Maryland, par Jacob Fussell. Toutefois, même si la popularité des desserts glacés n'a jamais cessé d'augmenter, ce n'est que dans les années 20 que la crème glacée s'est vue reconnaître une valeur alimentaire. Le développement des techniques de production a considérablement affecté le processus de fabrication. Par exemple, on a vu arriver avant les années 1900 la pasteurisation et l'homogénéisation. Nous verrons en quoi consistent ces manipulations du lait. L'industrie a également pu profiter de meilleurs systèmes de refroidissement, de transport, et d'emballage, et qui, mis en commun, ont suscité l'intérêt des consommateurs. Avec la multiplication des méthodes de production, on a dû établir des standards pour assurer au consommateurs un produit de qualité, provenant de lait frais. Car effectivement, dans ses débuts, la crème glacée n'était pas toujours issue du meilleur lait.

Ainsi, ce document s'attardera d'abord à décrire l'importance sociale et économique de l'industrie de la crème glacée. Ensuite, le procédé de fabrication sera décrit, et une recette standard sera calculée à l'aide d'une méthode mathématique originale, à base de matrices. Par la suite, les problèmes environnementaux associés à l'industrie seront énumérés, car la préservation de la planète est maintenant un objectif inévitable. Pour terminer, un survol des concepts chimiques invoqués par la fabrication de crème glacée sera présenté, de même qu'une question d'examen corrigée qui pourrait servir dans le cadre d'un cours.

Importance économique et sociale

Aux États-Unis, 98% des ménages achètent de la crème glacée, et on peut imaginer la même chose pour le Canada. Conséquemment, l'industrie laitière est le troisième secteur en importance, dans l'agro-alimentaire du Canada, après le blé et les viandes rouges.

Les statistiques parlent d'elles mêmes. Aux États-Unis, chaque américain consomme en moyenne annuellement 23,2 litres de crème glacée, lait glacé, sorbet, glaces, et autres produits laitiers glacés.

En 1998, les producteurs laitiers on vendu pour 4 milliards de dollars. Pour atteindre de telles proportions, environ 26 000 personnes, travaillant dans 22643 fermes canadiennes, et approximativement 20 500 autres travailleurs travaillent dans 270 usines de transformation de produits laitiers. Cela fait du secteur laitier le deuxième plus grand employeur dans l'industrie alimentaire canadienne, tout juste après les viandes rouges. De plus, environ 81% des fermes laitières du Canada sont situées au Québec et en Ontario. On a observé une baisse du nombre de fermes laitières, depuis les 20 dernières années, mais le volume total de lait produit est demeuré plus ou moins le même. Entre 1997 et 1998, 1,2 millions de vaches ont produit 73,9 millions d'hectolitres de lait, soit une augmentation de 0,7% par rapport à la période précédente. Au Québec, la production annuelle se situe à 27,8 millions d'hectolitres, comparément à 25,3 pour l'Ontario.

Production de lait au Canada

Description du produit et du procédé

Mélange des ingrédients

Les ingrédients liquides et secs sont initialement conservés dans des réservoirs séparés. Les ingrédients de bases sont, pour les liquides : lait, sucres liquides, eau. Ceux pour les ingrédients secs sont : sucre solide, lait en poudre, et généralement les stabilisants (déjà mélangés avec les ingrédients secs). Les ingrédients liquides sont mélangés en premier dans la cuve de mélange. Des cellules de pesée s'assurent que la quantité de chaque ingrédients, liquides ou secs, sera fidèle à la recette. Le mélange est alors constamment agité à de hautes vitesses. Les poudres sont ensuite ajoutées au mélange liquide lorsque celui-ci atteint une température qui se situe entre 30 et 40°C. Cette température est obtenue à l'aide de l'ajout d'eau préalablement chauffée au mélange liquide. La température de 30 à 40°C est optimale pour permettre une bonne dissolution des sucres et solides non gras du lait. La plupart des stabilisants (carraghénines, gommes de guar, gommes de caroube) utilisés sont solubles à de basses températures.

Pasteurisation

Les plaques de pasteurisation

Le mélange est alors pasteurisé. La pasteurisation est nécessaire dans les produits laitier. Celle-ci permet l'élimination des bactéries pathogènes. L'échangeur à plaques est utilisé pour la pasteurisation. Celui-ci consiste en plusieurs plaques compressées les unes sur les autres. Le mélange y circule ainsi que la solution chauffante. Le mélange est passé à haute pression d'une plaque à l'autre. Chaque plaque contenant le mélange est séparée par une plaque contenant la solution chauffante qui elle aussi circule pour maintenir une température constante. La température généralement appliquée est de 69°C à 74°C pendant 30 minutes. Cependant les températures optimales pour la pasteurisation sont de 99°C à 104°C. À des températures trop élevées, on risque de « cuire » le produit. La pasteurisation permet aussi une amélioration des propriétés du mélange telle que de liquéfier la matière grasse et les émulsifiants et de donner un produit plus uniforme.

Homogénéisation

Lorsque le mélange a été pasteurisé, et pendant qu'il est toujours à une température élevée, on le soumet à une pression de 2000 à 3000 psi (pour 8 à 12 % m.g.). Il est alors forcé à travers un petit orifice et une surface durcie. L'homogénéisation est utilisée pour briser les globules de gras en de plus petits globules d'environ le dixième de la taille d'un globule non-traité, et ainsi mélanger intimement le lait, les gras du lait, son sucre, et ses autres solides. Le mélange est alors plus beau, il goûte meilleur, et possède une odeur plus agréable qu'un mélange non-homogénéisé. Plus la pression sera forte, plus globules seront petits, il faudra alors ajuster la pression en fonction de la quantité de matière grasse du mélange et de celle des stabilisants. L'homogénéisation stabilisera l'émulsion et augmentera la viscosité ce qui facilitera la période de maturation.

Refroidissement et maturation

Le refroidissement doit être rapide pour éviter la contamination post-pasteurisation. On refroidit à 4°C à travers un échangeur thermique à surface raclée. Ensuite on procède à la maturation pendant 4 à 24 heures, où le mélange est tenu à 3°C. Les principaux effets sont de cristalliser la matière grasse pour une meilleur texture, de faire absorber l'eau par les stabilisants et d'hydrater uniformément le mélange.

Congélation

À cette étape le mélange est aéré et sa température va passer de 4°C à en moyenne –4°C. (p.66 note) L'air donnera au produit l'aspect mousseux de la crème glacé. L'appareil utilisé est le congélateur continu. Il consiste en un tuyaux contenant un cylindre plein, pourvu de raclettes trouées. Ce cylindre fait une rotation (environ 2000 rpm) qui propulse le produit vers la sortie en 30 secondes. Les raclettes trouées ont pour effets de faire un mouvement de mixette ce qui permet d'incorporer l'air au produit. Le tout est entouré d'une paroi où circule un refroidissant qui est généralement de l'ammoniac (NH₃ gazeux). L'eau contenue sera alors gelée à 50% avec une température de –5°C. Le produit à alors la consistance d'une crème glacée molle. Juste après avoir mélangé, on peut introduire des fruits écrasés on de la saveur. Pour de meilleurs résultats, une augmentation de volume de 80% est désirable. L'ajustement de la température du refroidisseur (vitesse de refroidissement), la vitesse du batteur, et la température du mélange entrant sont les facteurs clés d'un bon congélateur.

Conditionnement

Quand la crème sort du congélateur-batteur, elle est à demi-liquide, et semble prête à la consommation. Souvent, la crème est coulée dans des contenants de carton ou de plastique pendant qu'elle est encore à demi-liquide. c'est une méthode très économique car elle ne requiert pas beaucoup de manipulations.

Durcissement

Pour le transport et l'entreposage, on doit la refroidir à une température d'environ –17°C. Entre –10°C et –12°C la crème commence à durcir. À –17°C, le crème est très ferme, et on peut la couper de la forme que l'on veut. Le durcissement est fait par convection dans des tunnels de congélation à une température de –40°C avec un vent de 30 km/h.

Entreposage

La salle d'entreposage, selon les normes, devrait avoir une température de –23°C. À cette température, la prolifération des micro-organismes influent très peu la durée de conservation, mais le produit devrait tout de même être entreposé pendant un maximum de 6 mois. Enfin, à cause l'entrée d'air chaud d'une humidité absolue plus élevée, on devra prévoir un système de dégivrage.

Calcul de la quantité d'ingrédients requis

Généralement, une usine de fabrication de crème glacée est située près d'une laiterie qui produit par exemple du lait écrémé. Or, la production de lait écrémé laisse le producteur de crème glacée avec différents mélanges de lait. Ce dernier dispose évidemment aussi de sucre, de gommes, d'arômes, de fruits, etc. Enfin, le producteur a des exigences précises, quant à la composition de sa crème glacée. Pour obtenir une crème glacée contenant 10% de matières grasses, il doit mélanger par exemple du lait à 4% et de la crème à 30% dans les bonnes proportions. Par contre, certains ingrédients sont indépendants des autres, comme par exemple les fruits. On ajoutera toujours le même pourcentage massique de fruits au mélange, car aucun autre ingrédient ne peut fournir la masse de fruits désirée (le lait ne contient pas de fruits).

On sépare donc les ingrédients dépendants, des ingrédients indépendants. Parmi les dépendants figurent le lait et la crème, le lait en poudre (écrémée ou non). Afin de déterminer la quantité à utiliser de chacun des ingrédients, on se sert souvent d'un calcul matriciel.

Par exemple, un producteur désire obtenir un mélange de 100Kg contenant 10% de matières grasses, et 8% de solides non gras du lait. Pour cela, il dispose de:

• Lait à 4% de m.g. et 5% de solides non gras du lait (s.n.g.)
• Crème à 15% de m.g. et 6% de s.n.g.

Les équations qui permettront de déterminer les quantités de chacun sont celles qui suivent. La quantité de lait est représentée par x et celle de crème est y.

4x + 15y = 10 Kg de m.g.

5x + 6y = 8 Kg de s.n.g.

Ce système d'équations peut être représenté par une équation matricielle:

En isolant la colonne (x,y), on obtient:

Il ne reste plus qu'à inverser la matrice 4 par 4, et multiplier par la matrice de droite, pour obtenir une matrice de 2 lignes et une colonne, égale à la matrice de x et y. Pour cette étape, on utilise presque toujours un ordinateur, car en industrie, la matrice est plus grosse car on tient compte de beaucoup d'ingrédients.

Les problèmes environnementaux

Les usines de produits alimentaires sont parmi les plus écologiques. Toutefois, il y a deux problèmes majeurs reliés à la fabrication de la crème glacée. Le premier est la grande quantité d'eau utilisée. Ce problème découle de la nécessité pour l'industrie alimentaire de nettoyer de façon répétée et ponctuelle leurs installations. En effet, pour respecter les normes et les lois en salubrité et contamination toutes les installations sont arrosées avec de grands jets d'eau. En plus, les contenants se déplacent sur un lit d'eau, puisqu'il est impossible d'utiliser des graisses pour lubrifier d'éventuels convoyeurs.

Le second problème majeur est également relié au nettoyage des installations. Dans la pasteurisation, il est nécessaire d'utiliser de long tuyaux pour permettre au produit de rester à la bonne température pendant le temps voulu. Ces tuyaux sont nettoyés à l'aide d'un mélange de nettoyage à base d'acide caustique (dont la composition exacte est connue uniquement des fournisseurs). Le mélange est recyclé pour une utilisation répétée, mais doit être disposé par les compagnies le fournissant.

Concepts chimiques mis en jeu

Description des concepts

Solubilité

Il faut bien choisir la température à laquelle on mélange les ingrédients, car les sucres sont plus solubles à chaud, et certains stabilisants ne se solubilisent qu'à 70°C. Toutefois, certaines gommes, comme celles de guar et de caroube, sont suffisamment solubles à des températures normales.

Échanges thermiques

Lors de la pasteurisation, on utilise couramment un échangeur de chaleur à plaques. Un liquide chauffant circule à l'intérieur du dispositif, séparé du mélange par des plaques scellées.

Cristallisation

Le refroidissement et la congélation entraînent la transformation de l'eau en glace, de même que la cristallisation de la matière grasse. Ainsi, on observe la croissance de cristaux de glace qui auront une influence sur la texture de la crème glacée. De gros cristaux rendra la crème râpeuse, et sa fonte sera rapide car les cristaux empêchent la formation de bulles d'air isolantes.

Échanges thermiques dans la crème glacée

La variation interne du mélange dépend beaucoup de la quantité d'air emprisonné à l'intérieur de celui-ci, et il faut en tenir compte lorsqu'on veut contrôler précisément la température globale.

Humidité

Une fois le produit dans l'entrepôt, il ne perd pas son eau car il est dans un contenant hermétique. Toutefois, comme pour les congélateurs domestiques, l'humidité de l'air entrant dans le congélateur entraîne entraîne la formation de givre à l'intérieur de ce dernier.

Absorption d'eau par les stabilisants et les protéines

Au cours de la maturation, on laisse le temps aux grosses molécules de s'hydrater.

Suspension de particules

Le procédé d'homogénéisation consiste à diminuer le diamètre des globules de gras afin qu'ils puissent rester uniformément en suspension dans le mélange, sans s'accumuler au fond.

Tolérance des bactéries à la chaleur

La pasteurisation se base sur le fait que les bactéries contenues dans le lait ne peuvent supporter un certain domaine temps - température. On doit savoir, par exemple, que si on fait séjourner le mélange pendant 30 minutes à 100°C, plus de 99% des micro-organismes seront détruits.

Question d'examen

Vous disposez des ingrédients suivants:

Déterminez la quantité nécessaire de chaque ingrédient pour obtenir un mélange constitué de 12% de gras, 10% de solides non gras du lait, et de 14% de sucre.

Solution

Établir la matrice de calcul

Il reste donc à inverser la matrice, et calculer le produit matriciel. Cela est fait à l'aide d'un ordinateur. Dans Excel, le résultat est:

Bibliographie