La technologie de régulation gagne en importance dans la réfrigération des aliments

Les capteurs doivent répondre à toutes les normes de conception hygiénique

Un refroidissement fiable des produits et une chaîne du froid ininterrompue sont une nécessité absolue dans l'industrie alimentaire car ce processus contribue à la sécurité des aliments, en préservant des éléments tels que la qualité, la texture et la teneur en eau et, surtout, en augmentant la durée de conservation. Les principaux processus de conservation des aliments dans un environnement froid sont la réfrigération, la congélation et la surgélation, et grâce à la technologie de régulation - la technologie des capteurs en particulier - ils deviennent de plus en plus fiables.

UN MUST ABSOLU

L'industrie alimentaire travaille souvent avec des matières premières périssables, des produits semi-finis et des produits finis. Un refroidissement fiable et une chaîne de refroidissement ininterrompue sont donc indispensables pour minimiser la dégradation et garantir la sécurité alimentaire, maintenir la qualité, la texture et la composition des aliments et prolonger leur durée de conservation (voir tableau).

Les principaux procédés de conservation des aliments dans un environnement froid sont la réfrigération, la congélation et la surgélation

Les facteurs décisifs sont la nature du produit à réfrigérer et la température de réfrigération appropriée, la capacité de refroidissement requise par rapport à la production journalière prévue, le réfrigérant et les coûts d'exploitation. Les principaux procédés pour conserver des aliments dans un environnement froid sont la réfrigération, la congélation et la surgélation.

REFROIDISSEMENT

En fonction du type de produit, de l'humidité relative et du type d'emballage, la réfrigération s'effectue à une température comprise entre 0 et 5°C. La capacité de réfrigération est étroitement liée à la technologie de réfrigération utilisée.

Méthodes de refroidissement

• Le refroidissement cryogénique s'effectue par contact direct avec de l'azote liquide ou du dioxyde de carbone liquide, ou pendant le processus (dans des mélangeurs, des mixeurs ou des broyeurs). Une forme particulière est le refroidissement avec de la glace carbonique (point de sublimation autour de -78°C). La sublimation extrait plus de chaleur de l'environnement que la fusion, de sorte que la capacité de refroidissement de la glace carbonique est plus de trois fois supérieure à celle de la glace d'eau.
• Le refroidissement intensif convient au stockage de produits à 0°C ou légèrement en dessous. Son avantage est que les produits restent immédiatement transformables car ils ne gèlent pas réellement.
• Le refroidissement par immersion est une méthode efficace pour refroidir/réchauffer toutes sortes de liquides, y compris ceux qui ont une viscosité élevée. Seuls les autoclaves industriels isolés doivent être utilisés à cette fin.
• Le refroidissement à air forcé (blast chilling) consiste à exposer les aliments à de puissants courants d'air froid afin d'obtenir une réduction rapide de la température. Les aliments sont refroidis de manière uniforme, ce qui évite que certains composants ne refroidissent plus lentement que d'autres.
• Le refroidissement rapide ramène la température de 70°C à 3°C en l'espace de 90 minutes. Les produits peuvent ensuite être conservés de la manière habituelle.

Une alternative est le refroidissement à l'aide d'un refroidisseur. La chaleur est extraite mécaniquement d'un média (eau, liquide de refroidissement spécial ou air). Le média refroidi est évacué avec la chaleur, ce qui abaisse la température ambiante.

Mécanique ou cryogénique
Le refroidissement et la congélation mécaniques sont des méthodes cycliques basées sur les principes de la thermodynamique pour éliminer efficacement la chaleur d'un espace à refroidir. On utilise ici des systèmes mécaniques, tels que des compresseurs et des condenseurs, et des réfrigérants tels que le dioxyde de carbone ou l'ammoniac pour absorber la chaleur d'un média (par exemple l'air ou l'eau) et la transférer à l'autre média.

Dans le cas du refroidissement et de la congélation cryogéniques, la température de congélation est en moyenne de -100°C pour la plupart des machines. Les exceptions sont les machines qui utilisent de l'azote - dans ce cas, la  température est de -196°C (en arrondissant) - ou du dioxyde de carbone - dans ce cas, la température ne descend pas plus bas que -80°C car le dioxyde de carbone est pulvérisé sur le produit à l'état liquide.

Avec la congélation rapide des aliments, les cristaux de glace restent petits; les gros cristaux peuvent endommager la structure cellulaire

CONGÉLATION ET SURGÉLATION

Lors de la congélation et de la surgélation, les produits alimentaires sont exposés à de basses températures. Avec la congélation, la température descend jusqu'à -18°C, ce qui est légalement obligatoire et idéal sur le plan commercial (voir tableau). Avec la surgélation, la température descend jusqu'à -40°C ou moins. Lorsque la quantité d'eau libre - la valeur Aw - diminue, l'activité des micro-organismes et des enzymes est ralentie ou stoppée. Un processus de congélation rapide permet d'éviter la formation de gros cristaux de glace et donc d'endommager le matériel cellulaire.

Il existe essentiellement trois types de congélateurs. Leur principe de fonctionnement est basé sur le refroidissement mécanique ou cryogénique, selon le type (voir encadré).

Congélateur par lot

Un congélateur batch congèle une quantité limitée d'aliments en une seule fois, contrairement aux congélateurs à spirale et aux tunnels de congélation (systèmes continus, voir ci-dessous). Les congélateurs par lot sont utilisés dans les environnements de production où la flexibilité et la possibilité de traiter différents produits sont importantes. Il s'agit notamment des congélateurs suivants

Congélateur à choc ou à air pulsé
Convient à la congélation de grandes quantités de produits alimentaires en peu de temps (flash freezing): une température de -40°C ou moins est atteinte en quelques minutes seulement. Les capacités de refroidissement et de congélation vont de 20 kW à 120 kW et le débit d'air requis est élevé.

Congélateur à plaques
Les plaques horizontales ou verticales sont refroidies à l'aide d'un réfrigérant d'une température d'environ -40°C. Un produit, par exemple de la crème glacée, est appliqué directement sur ces plaques en fine couche; si nécessaire, les plaques sont légèrement comprimées. La déshydratation de l'aliment étant limitée, la fréquence de décongélation est réduite.

Congélateur à spirale

Ici, un convoyeur descend en spirale dans le tunnel de congélation, le produit étant placé sur ou dans un carrousel. Le carrousel permet de traiter un flux continu de produits alimentaires, chaque produit étant progressivement exposé à l'environnement froid.

Tunnel de congélation

Le principe de fonctionnement est similaire à celui d'un congélateur à spirale, sauf que dans ce cas, le convoyeur se déplace linéairement à travers un tunnel dans lequel les produits sont congelés séparément. Les tunnels de congélation sont idéaux pour presque tous les produits frais ainsi que pour les aliments fragiles. Cette catégorie comprend:

Congélateur à immersion
Dans ce cas, le produit emballé passe directement dans un bain de réfrigérant (eau salée ou glycolée) ou d'azote liquide. Etant donné la présence d'un matériau d'emballage, le refroidissement est indirect. La congélation proprement dite dure quelques minutes. Le degré d'agglutination est faible et les produits ne collent pas à la bande transporteuse.

Congélateur à impingement
Grâce à de puissants courants d'air, l'air chaud est expulsé à grande vitesse de la surface des aliments. Cela accélère le transfert de chaleur vers l'air, entraînant le refroidissement et la congélation rapides du produit. Cette méthode convient particulièrement aux produits minces ou en vrac. La pré-humidification ou le pré-emballage du produit prévient la déshydratation.

Congélateur IQF
Il s'agit de congélateurs capables de congeler chaque produit individuellement, d'où le nom IQF: Individually Quick Frozen. Cette technique présente plusieurs avantages par rapport aux méthodes de congélation traditionnelles, notamment en ce qui concerne la durée de conservation.

Enfin, le congélateur rapide ou blast peut être considéré comme appartenant aux trois types, en fonction de sa construction et de son principe de fonctionnement. L'air refroidi à une température de -30 à -40°C y circule à une vitesse de 1,5 à 6 m/s sur des aliments non emballés, d'une épaisseur de 25 à 125 mm.

Formes spéciales de refroidissement
Refroidissement magnétique: les atomes d'un alliage spécial de MnFePSi possèdent un champ magnétique avec des 'aiguilles de compas' où un alignement se produit sous l'influence d'un champ magnétique externe. L'énergie cinétique excédentaire est dissipée tandis que la chaleur libérée est évacuée à travers un média qui passe, ce qui réduit la température (cette technique de refroidissement est encore trop coûteuse actuellement).

Refroidissement sous vide. Dans un refroidisseur sous vide, composé d'une cuve/récipient et d'une chaudière, des pompes à vide créent une pression négative: plus la pression est faible, plus le point d'ébullition est bas. Une fraction de l'humidité du produit s'évapore et l'énergie nécessaire à cette évaporation est extraite directement du produit, ce qui entraîne une baisse de la température (le produit ne peut pas être emballé de manière hermétique).

TECHNOLOGIE DES CAPTEURS

Les capteurs sont fréquemment utilisés dans la technologie de régulation des équipements de réfrigération et de congélation. L'hygiène étant cruciale dans la préparation des aliments, on utilise des capteurs qui répondent à toutes les normes de conception hygiénique.

Capteurs de température

Les facteurs importants pour le choix du bon capteur sont l'hygiène, la précision, la plage de température et le temps de réponse. Les capteurs les plus couramment utilisés sont les thermocouples, les thermistances - en particulier la variante à coefficient de température négatif (CTN) - et les capteurs infrarouges (IR) sans contact ou les pyromètres infrarouges.

Capteurs d'humidité

Des niveaux d'humidité spécifiques sont parfois nécessaires pendant le refroidissement. Ces capteurs aident à les créer et à les maintenir. En voici quelques exemples: le capteur d'humidité capacitif - qui mesure les variations de la capacité électrique d'un condensateur -, le capteur d'humidité à résistance, le capteur d'humidité thermique et le capteur d'humidité optique.

Etant donné que l'hygiène est cruciale dans la préparation des aliments, on utilise des capteurs qui répondent à toutes les normes de conception hygiénique

Capteurs de pression et de niveau

Les niveaux de pression et de liquide sont essentiels au fonctionnement optimal d'un système. Les capteurs de pression comprennent les capteurs de pression numériques et les transmetteurs de pression. Les capteurs de niveau comprennent les capteurs de niveau à ultrasons et les capteurs de niveau capacitifs. Ces derniers mesurent la variation de capacité entre les électrodes en contact avec le liquide.

ENTRETIEN ET INSPECTION

Tout système de réfrigération nécessite un entretien préventif. En outre, des inspections périodiques doivent être effectuées conformément aux exigences légales, par exemple le contrôle de l'étanchéité dans le cadre du règlement F-Gaz, la réglementation européenne sur les gaz à effet de serre fluorés (HFC).

La fréquence de ces contrôles dépend du type d'installation, du fluide frigorigène et de sa quantité, ainsi que de l'utilisation de l'installation. La fréquence de l'entretien et/ou de l'inspection est basée sur l'équivalent CO₂ du contenu en fluide frigorigène de l'installation:

• avec 5 tonnes d'équivalent CO₂: un contrôle une fois tous les 12 mois;
• avec 50 tonnes d'équivalent CO₂: un contrôle une fois tous les 6 mois;
• avec 500 tonnes d'équivalent CO₂: un contrôle une fois tous les 3 mois.

La responsabilité finale de la conformité incombe à tout moment au propriétaire/gestionnaire de l'installation.

Avec la collaboration de Linde Gas Europe