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Viscosimètre de viscosité en ligne FoodEngMag2

Magazine d'ingénierie alimentaire: la détection de viscosité en ligne offre un meilleur contrôle de la pâte

La détection de viscosité en ligne offre un meilleur contrôle de la pâte

Associée à la technologie Industry 4.0, la détection en ligne signifie plus de précipitation des échantillons instantanés au laboratoire, introduisant des problèmes de qualité avec les produits alimentaires.

La pâte est largement utilisée comme enrobage pour les aliments frits ainsi que pour de nombreux autres produits tels que les gâteaux, les gaufres, les biscuits et les crêpes. Lorsqu'elle est utilisée comme revêtement, la pâte est généralement appliquée par trempage ou pulvérisation sur des tambours de cuisson continus et des bandes de four. Selon le type de produit alimentaire, les objectifs de transformation et les défis peuvent être différents, mais une chose est certaine: les entreprises alimentaires s'efforcent de répondre à leurs exigences de qualité et de fraîcheur constantes en développant des produits innovants, tout en réduisant les coûts de production et en facilitant la maintenance.

De nombreux aliments transformés sont enrobés de pâtes à base d'amidon pour rehausser la saveur et ajouter de la texture et contribuent à l'identité et à l'attrait du produit particulier. La «pâte» ou «l'enrobage» peut être effectuée pour conférer au produit certaines propriétés supplémentaires, telles que le «mordant» (croustillant), la couleur ou le goût. Les produits enrobés comprennent des morceaux d'aliments crus ou prétraités tels que la volaille, la viande, les fruits de mer et les légumes, ainsi que des articles alimentaires extrudés ou moulés. Le revêtement de pâte peut être appliqué via un bain, une cascade ou un spray et couvrir un côté ou la pièce complète. Une exigence clé pour les enduiseurs automatisés est l'uniformité du revêtement, ce qui fait qu'il est vital de s'assurer que la consistance de la pâte est maintenue lorsqu'elle est appliquée par l'enduit.

La cohérence de la pâte pour le poulet frit est essentielle pour maintenir la qualité et la surveillance de la viscosité en ligne et
le contrôle peut faire les choses correctement tout le temps, plutôt que d'attendre les résultats des échantillons instantanés du laboratoire, ce qui ne sera jamais
le même que ce qui est dans le tuyau.

La pâte est essentielle à la fonctionnalité

La cohérence de la pâte pendant le revêtement est cruciale pour garantir un produit rentable, reproductible et uniforme. La viscosité joue un rôle très important pour assurer la cohérence contrôlée des mélanges de pâte. Cependant, garantir et contrôler la viscosité du mélange de pâte ou de l'enrobage n'est pas anodin. Les frappeurs sont des fluides complexes. Ils se composent généralement d'un certain nombre de phases dispersées telles que la farine, la graisse, l'eau et l'air. Une viscosité suffisante est nécessaire pour arrêter la séparation des phases pendant le mélange, le temps au sol et la cuisson au four. Pour les systèmes de pâte à frire hautement visqueux, la viscosité est généralement suffisante pour arrêter la séparation des phases et pour piéger et retenir l'air, ce qui est nécessaire pour les pains. Cependant, pour les systèmes de pâte moins visqueuse, comme pour les gaufrettes et les puddings, il existe une possibilité de perte d'air battu dans la pâte pendant le mélange et la séparation des phases, ce qui peut être préjudiciable à la qualité du produit final.

Les pâtes à gâteau doivent être suffisamment visqueuses pour éviter la perte de bulles de gaz pendant le mélange. Ces bulles sont produites par des agents ascendants et de la vapeur, qui provoquent une expansion et réduisent la densité de la pâte. La pâte devient plus mince lorsqu'elle se réchauffe dans le four, augmentant ainsi la probabilité de séparation de phase des composants plus denses, tels que les granules d'amidon, qui peuvent couler au fond du moule. Par conséquent, la séparation des composants de la recette doit être évitée en maintenant la bonne viscosité jusqu'au point où la structure du produit est définie.

Types de pâte

Pour les pâtes adhésives, la viscosité est importante. Il peut être réglé en utilisant différents mélanges d'amidon et gommes, et est influencé par le degré d'endommagement de l'amidon pendant le traitement thermique. Les changements du rapport eau-poudre sont également utilisés pour gérer la viscosité de la pâte. La viscosité, ainsi que la température, sont essentielles pour obtenir la prise, l'adhérence et la texture souhaitées du revêtement. La pâte liquide coagule (durcit) pendant les étapes ultérieures de traitement thermique (le cas échéant) pour former une structure continue incorporant toutes les couches de revêtement et adhérant fermement au substrat. Le ramassage de la pâte peut être contrôlé par le réglage de la viscosité et l'utilisation de souffleurs d'air pour éliminer l'excédent.

Les pâtes de cohésion sont plus épaisses que les pâtes d'adhésion et sont généralement à base de farine. Ils contiennent une quantité moyenne de solides, présentent un temps de séchage plus long et une viscosité plus élevée (par rapport aux pâtes adhésives), et sont utilisés pour donner une texture à cette couche.

Les pâtes Tempura sont des pâtes de cohésion contenant une quantité importante d'agents levants. Ils sont fabriqués à partir d'un mélange de farine et d'amidon, ont une teneur élevée en solides et sont très visqueux. La pâte est conçue pour avoir de bonnes caractéristiques de cohésion et, grâce aux ingrédients levants, forme une couche riche en poches d'air.

Panure

Le panage est un moyen de sceller les saveurs d'un plat préparé en conservant une saveur intense et une texture appropriée malgré le stockage. Plusieurs études montrent l'influence de la viscosité de la pâte sur la panure des pilons de poulet. Une panure est définie comme un mélange sec de farine, d'amidon et d'assaisonnements, de nature grossière, et appliqué à des produits alimentaires humidifiés ou enrobés avant la cuisson. Le plus répandu des aliments enrobés est un produit pané où un enrobage est généralement appliqué sur une pâte adhésive sur un substrat pré-saupoudré. En général, le ramassage de la pâte ou de la panure est directement corrélé à la viscosité de la pâte; c'est-à-dire qu'à mesure que la viscosité augmente, il reste plus de pâte et de panure sur le substrat. Un contrôle strict de la viscosité de la pâte aide également à minimiser les pertes de cuisson et à obtenir l'adhérence souhaitée à la panure. La viscosité de la pâte et le rapport de ramassage (pourcentage du poids du revêtement) sont étroitement liés pour les pâtes à paner.

La qualité des aliments tels que les soupes, les sauces, les sauces, les crèmes, les flans, les desserts et les produits de boulangerie, pour n'en nommer que quelques-uns, dépend fortement des propriétés structurantes de matériaux tels que l'amidon. Si la viscosité du mélange préparé est incorrecte, les granules d'amidon peuvent gonfler, devenir fragiles et se décomposer sous l'effet du cisaillement. Cela peut affecter gravement la qualité du produit.

Processus dans la pâte - où la viscosité est importante

La viscosité est la clé pour atteindre les propriétés cibles dans chacune des étapes suivantes de la production de pâte:

  1. Unité de préparation de la pâte (mélangeur): Dans cette étape, la quantité correcte de poudre est dosée dans le système de mélange, où elle sera mélangée avec de l'eau. Les mélanges de pâte sont généralement préparés sur une base discontinue et déchargés dans un réservoir de stockage avant utilisation. Le mélange préparé doit être homogène et doit avoir les caractéristiques de viscosité correctes pour les étapes de traitement ultérieures, conduisant à la qualité de produit final souhaitée.
  2. Unité d'application (revêtement): Une fois que la pâte a atteint une viscosité souhaitée, une pompe d'alimentation à vitesse variable est utilisée pour acheminer la pâte vers un applicateur où le produit alimentaire est enrobé. Le système de pâte préparé à partir du mélangeur est passé à travers des échangeurs de chaleur pour obtenir la température optimale pour le revêtement. La pâte est ensuite appliquée ou pulvérisée sur l'aliment à enrober avant un traitement supplémentaire. Une viscosité correcte pendant le processus de revêtement est essentielle pour assurer une épaisseur correcte et constante de la couche de pâte.

Assurer la cohérence - la gestion de la viscosité est cruciale dans le mélange et le revêtement de la pâte

Il existe quatre facteurs importants qui rendent la gestion de la viscosité importante dans pratiquement toutes les applications de mélange de pâte:

  1. Maintenir la cohérence qualité: La viscosité détermine les propriétés clés du mélange de pâte humide produit. Un sous-mélange donnera lieu à une non-homogénéité et un sur-mélange affectera la texture et peut augmenter le «grumeau». Pour garantir des performances constantes de la pâte d'un lot à l'autre, le contrôle de la viscosité est essentiel.
  2. Réduire les coûts en réduisant les déchets: Un mélange excessif peut non seulement affecter la qualité du produit final, mais gaspille des ingrédients, des matières premières, du temps et de l'énergie. La gestion de la viscosité dans le processus de mélange peut identifier le point final de manière fiable et précise, conduisant ainsi à une réduction significative des rejets et des déchets.
  3. L’efficacité : La surveillance en temps réel et sans tracas de la viscosité du mélange élimine les analyses de laboratoire coûteuses et chronophages, qui entraînent souvent un retard de réponse aux modifications des propriétés de la pâte.
  4. Automation: La surveillance et le contrôle automatiques du processus de mélange et de revêtement de la pâte supprime une tâche manuelle sujette aux erreurs et soulage les opérateurs de se concentrer sur la qualité du produit final.

Avantages de la surveillance de la viscosité en ligne - réduction des principaux défauts de battage

Les défauts typiques dans les applications de mélange et de revêtement de pâte en raison d'un contrôle de viscosité imprécis sont:

  • vides dans les revêtements,
  • mauvaise adhérence,
  • teinte (décoloration du revêtement),
  • produit de poids insuffisant ou en surpoids,
  • plinthe au bord du produit,
  • sous-couche moelleuse et pâteuse

Ces défauts peuvent entraîner un gaspillage important dans la production, et le retour de produits ne répondant pas aux exigences du client. Ceci, à son tour, peut nuire à la réputation, entraîner des coûts importants pour corriger les défauts et même conduire à des réclamations en responsabilité du fabricant.

Les défis de la surveillance et du contrôle des processus

Les optimisations de processus obtenues grâce à l'automatisation de la viscosité contribuent à la durabilité globale et réduisent les coûts. Les opérateurs de malaxage de l'industrie alimentaire reconnaissent la nécessité de surveiller la viscosité pour un mélange et un prélèvement cohérents, mais cette mesure a mis au défi les ingénieurs de procédés et les services qualité au fil des ans.

Les défis des mesures de viscosité traditionnelles

La pâte est un fluide intrinsèquement non newtonien, dont la viscosité apparente dépend fortement de la méthode et des paramètres du système de mesure. Les viscosimètres de laboratoire existants ont peu de valeur dans les environnements de processus car la viscosité est directement affectée par la température, le taux de cisaillement et d'autres variables qui sont très différentes hors ligne de ce qu'ils sont en ligne avec le processus. En règle générale, les coupelles d'écoulement sont utilisées pour mesurer la viscosité de la pâte. Mais comme les mesures de laboratoire sont effectuées dans des conditions d'écoulement différentes de celles du processus, la mesure de la viscosité hors ligne (échantillonnée, en laboratoire) peut ne pas donner une représentation fidèle du mélange de pâte. Mesure hors ligne fastidieuse, longue et souvent non répétable même avec un opérateur expérimenté. Les viscosimètres de laboratoire sont sensibles au manque de fiabilité et aux imprécisions de mesure en raison des erreurs intrinsèquement importantes dans la mesure des fluides dépendant du cisaillement, ainsi que de la variabilité inter-opérateur.

Par conséquent, les systèmes de mélange et d'enrobage de pâte ont besoin de la capacité de mesurer avec précision la viscosité réelle de la pâte ou des ingrédients dans des conditions de procédé réelles. Idéalement, les systèmes de mélange et de revêtement devraient être équipés d'un viscosimètre en ligne à utiliser avec un système de contrôle en boucle fermée pour surveiller et contrôler les processus de production impliqués dans le traitement et le revêtement de la pâte.

Transformation numérique des aliments - moteur pour l'adoption par les fabricants de l'industrie 4.0

Les fluctuations de température, l'état de l'équipement de mélange, le type et les conditions des substrats, les formulations de pâte, les interactions des étapes du processus et les paramètres de temps de mélange peuvent tous altérer la qualité et les performances du produit dans les lots de mélange et de revêtement de pâte. Dans les secteurs à faible marge comme les produits de boulangerie, les aliments enrobés de pâte à frire et la confiserie, les temps d'arrêt et les retards de livraisons dus aux rejets peuvent nuire gravement à la rentabilité. La plupart de ces paramètres peuvent être contrôlés par un système qui surveille en permanence les caractéristiques de la pâte et prend des mesures correctives automatiquement et de manière adaptative sans perturber le déroulement du processus.

Les technologies nécessaires pour apporter de tels changements transformationnels dans le processus de fabrication des fabricants de produits alimentaires existent déjà. Une fois que le fabricant de produits alimentaires investit dans l'équipement de surveillance des processus et analyse les données collectées, il leur donne une idée juste pour calculer où des gains de productivité peuvent être réalisés, où des économies d'énergie peuvent être réalisées et comment réduire les temps d'arrêt grâce à la maintenance prédictive.

Les principaux moteurs de valeur pour investir dans un processus de production continu, soutenu par un équipement de surveillance de la viscosité en ligne en temps réel par les fabricants de produits alimentaires et les intégrateurs de systèmes dans le mélange et le revêtement de pâte, sont les suivants:

Actions correctives automatisées pour assurer la cohérence du produit. Les boucles de contrôle fermées grâce à une inspection de qualité en ligne basée sur des capteurs réduisent le gaspillage et augmentent le rendement grâce à la détection précoce des écarts de processus, à l'analyse des causes profondes et à la correction automatique.

Plus d'agilité dans le traitement des nouvelles variantes de produits dans la production alimentaire, la conformité et la provenance des produits. Les fabricants de produits alimentaires ont une image plus précise de la réaction des nouvelles formulations ou des changements de recette et de la manière dont ils pourraient avoir besoin d'ajuster les systèmes actuels et les paramètres de contrôle. La surveillance en temps réel facilite la transition d'un processus par lots vers un fonctionnement continu, ce qui permet d'économiser des coûts d'exploitation et d'investissement importants grâce à la réutilisation des mêmes lignes pour plusieurs produits.

L'utilisation de capteurs pour surveiller le mélange de pâte est essentielle pour s'adapter à l'évolution des exigences en matière de matières premières et de produits finis, aux réglementations en constante évolution pour l'industrie alimentaire et à la gestion des demandes croissantes d'une clientèle de plus en plus mieux informée.

Les données acquises fournissent des preuves solides pour fonder les décisions pour une plus grande efficacité. Les données fournies par l'équipement de surveillance de processus permettent aux opérateurs d'optimiser les paramètres de processus critiques pour le processus de fabrication. L'interconnexion et la transparence des informations permettent aux opérateurs de prendre des décisions tant à l'intérieur qu'à l'extérieur des installations de production, permettant ainsi une décentralisation des décisions. Des processus automatisés et transparents, ainsi que des flux de travail optimisés peuvent garantir une gestion efficace des données et un système de contrôle qualité amélioré.

Meilleure satisfaction client et adaptation aux demandes des clients. Les solutions de l'industrie 4.0 ont un impact sur les entreprises de fabrication alimentaire en favorisant des interactions plus étroites avec les clients. La technologie, les données et les informations aident à transformer les opérations de fabrication, ce qui rend l'entreprise plus réactive aux besoins des clients.

Création d'un revêtement de pâte homogène - surveillance en ligne

Les fabricants de produits alimentaires s'efforcent de satisfaire plusieurs propriétés de texture et de sensation en bouche souvent citées par les consommateurs pour expliquer pourquoi ils aiment le «goût» et comment la texture et la sensation en bouche, combinées à la conscience de la santé et à la demande de produits à étiquette propre, influencent les décisions de consommation continue.

La mesure automatisée de la viscosité en ligne permet une surveillance continue de la pâte pendant le mélange au point d'application pendant le revêtement. Il permet de contrôler la viscosité pour assurer une qualité uniforme du produit final. Viscosimètre SRV de Rheonics4 est un viscosimètre de process compact en ligne avec mesure intégrée de la température du fluide5. Son temps de réponse rapide détecte en temps réel les fluctuations de viscosité dans le flux de processus, ce qui permet de prendre des mesures correctives dès que des écarts se produisent. La gestion de la viscosité en ligne avec le Rheonics SRV peut aider à atténuer les problèmes courants tels que les vides de pâte, une mauvaise adhérence, une teinte, un poids insuffisant ou des produits en surpoids qui peuvent avoir un impact négatif sur la qualité des produits alimentaires finaux.

Le capteur SRV peut être placé en ligne avec l'équipement existant, ce qui lui permet de mesurer en continu la viscosité (et la densité en cas de SRD) pendant que la pâte est mélangée, transportée et appliquée. Le système de surveillance de base peut alerter l'opérateur qu'une intervention est nécessaire. Il peut également être intégré aux systèmes de mélange, de transport et d'application existants pour un contrôle de viscosité en temps réel. Alternativement, l'ensemble du système peut être entièrement automatisé à l'aide du contrôleur de suivi prédictif Rheonics (RPTC). L'utilisation d'un SRV Rheonics dans le mélange de pâte ou la ligne d'enrobage améliore la productivité, les marges bénéficiaires et la conformité réglementaire.

Système de surveillance et de contrôle de la production de viscosité et de densité de Rheonics - aliments, boissons, pâte, crème

Combinez des capteurs de viscosité en ligne avec le système de surveillance et de contrôle de la production de Rheonics pour obtenir une viscosité constante de la pâte et la qualité du produit. 

Une fois les paramètres du processus établis, peu d'efforts sont nécessaires pour maintenir l'intégrité du processus. Les opérateurs peuvent s'appuyer sur le contrôle strict fourni par la solution de gestion de la qualité de la pâte Rheonics et récolter des bénéfices non seulement au niveau de la production, mais également au stade de la R&D du produit lorsque les paramètres de formulation sont établis. Cela permet à l'opérateur d'acquérir un avantage concurrentiel à mesure que la production augmente pour répondre à une demande croissante.

SRV - DIN 11851 - Capteur de viscosité de processus en ligne pour les applications de mélange alimentaire de pâte à chocolat pharmaceutique médicale hygiénique
SRV - Viscosimètre en ligne (DIN 11851)
SRV - Triclamp - Capteur de viscosité de processus en ligne pour les applications d'impression, de revêtement, de nourriture, de mélange et de broyage
SRV - Viscosimètre en ligne (Triclamp)

Valeur clé des solutions de surveillance et de contrôle de la cohérence des pâtes en ligne

 Les capteurs Rheonics ont une mesure de température intégrée, permettant de surveiller la température du mélange de pâte au point d'application. Cela permet aux lectures de viscosité de compenser la température, ce qui est essentiel pour assurer une production constante grâce aux variations de température quotidiennes et saisonnières typiques.

Les boucles de contrôle qualité fermées et le degré croissant d'automatisation de la viscosité permis par les viscosimètres Rheonics ajoutent de la valeur au processus de production en termes de qualité, de cohérence, de réduction des déchets, d'efficacité et de productivité. Les erreurs humaines sont évitées et une correction entièrement automatique de tout écart dans le processus de fabrication devient possible.

Les données fournies par les viscosimètres Rheonics et les solutions intégrées aident à accélérer les courbes d'apprentissage et à s'adapter aux changements de composition de produits alimentaires plus fréquents, contribuant à un processus de fabrication plus économe en ressources, plus économique et plus écologique.

Dans les cas où la productivité des actifs et le TRS sont essentiels et les coûts de maintenance importants, cela aide les fabricants de produits alimentaires à réduire les interruptions de processus grâce à une maintenance prédictive des outils et des machines de production. La prévision des événements de temps d'arrêt potentiels et le diagnostic de qualité sont activés par les données fournies par les capteurs.

Les produits et la technologie Rheonics ajoutent des capacités uniques de technologies interconnectées, qui permettent aux fabricants de répondre et de s'adapter plus rapidement aux demandes des clients, et même de développer des commandes personnalisées avec moins de travail et de temps de configuration que dans la fabrication traditionnelle.

Alors que les fabricants de produits alimentaires cherchent à devenir plus agiles pour s'adapter à l'évolution du mode de vie et des préférences des consommateurs, ils comprennent la nécessité d'investir dans des activités de R&D et des technologies de contrôle de processus avancées pour développer de nouvelles formulations avec des caractéristiques adaptées. Les viscosimètres en ligne Rheonics donnent aux fabricants de produits alimentaires les capacités de produire des produits enrobés de pâte homogène et de qualité supérieure d'une grande variété, avec le moins d'implication des opérateurs dans l'usine - un avantage significatif par rapport aux autres solutions de mesure ou de contrôle de processus. Le mélange en ligne avec des solutions de surveillance continue de la viscosité résout les principaux défis des processus de production par lots tels que les pertes lors des changements de produits et les inefficacités de la manipulation des ingrédients dans une approche basée sur les recettes. Il prend en charge l'augmentation des capacités de mélange avec facilité.

Les avantages uniques du SRV pour les applications de mélange et de revêtement de pâte comprennent:

  • Fonctionne avec précision dans la plupart des systèmes de revêtement avec une large gamme de compositions de pâte et de produits connexes - pâte d'adhérence, glaçures, sauces, marinations, paniers, pré-poussière
  • Maintient la viscosité de la pâte réglée même pendant que l'eau ou la panure du produit se mélange à la pâte dans l'applicateur de pâte pendant la production.
  • Tête de capteur robuste et hermétique. Le SRV peut être nettoyé en ligne avec tous les processus CIP standard, ou avec un chiffon humide, sans avoir besoin de démontage ou de ré-étalonnage
  • Aucune pièce mobile ne vieillit ou ne s'encrasse avec les sédiments
  • Insensible aux particules; aucun espace étroit à encrasser avec des particules
  • Toutes les pièces en contact avec le fluide sont en acier inoxydable 316L - répond aux normes sanitaires sans problème de corrosion
  • Conception hygiénique et sanitaire pour les applications agroalimentaires - disponible en connexions tri-clamp et DIN 11851 pour une utilisation et un nettoyage faciles
  • Certifié sous ATEX et IECEx comme intrinsèquement sûr pour une utilisation dans des environnements dangereux
  • Large plage de fonctionnement et intégration simple - L'électronique du capteur et les options de communication le rendent extrêmement facile à intégrer et à exécuter dans les automates industriels et les systèmes de contrôle.

Références

  1. Wang et DR Suderman (2011), «Application of Batters and Breadings to Various Substrates», dans Batters et pains dans la transformation des aliments, pp. 243-261 https://doi.org/10.1016/B978-1-891127-71-7.50019-X
  2. M. Fiszman, T. Sanz et A. Salvador (2013), «13 - Évaluation instrumentale de la qualité sensorielle des produits de boulangerie», dans Évaluation instrumentale de la qualité sensorielle des aliments, pp. 374-402 https://doi.org/10.1533/9780857098856.3.374
  3. E. Cunningham et LM Tiede (1981), «Influence of Batter Viscosity on Breading of Chicken Drumsticks», dans Journal de la science alimentaire, 46 (6): 1950-1950 https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1981.tb04527.x
  4. Viscosimètre en ligne SRV: https://rheonics.com/products/inline-viscometer-srv/
  5. Principe de fonctionnement SRV: https://rheonics.com/whitepapers/

Aperçu

Magazine axé sur l'industrie alimentaire - Food Engineering Mag (https://www.foodengineeringmag.com/) publie un article de fond sur le viscosimètre en ligne Rheonics SRV et la solution intégrée - Rheonics Production Monitoring and Control System. L'article explique pourquoi la cohérence de la pâte est essentielle et comment elle peut être garantie dans la préparation et l'unité d'application (revêtement) en usine, même à des températures et des conditions d'évaporation variables grâce à l'automatisation du système de dosage avec un contrôleur utilisant une viscosité continue et en temps réel des mesures.

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Lisez notre note d'application sur la préparation de la pâte et le contrôle du processus de revêtement.

Note d'application Rheonics - Gestion de la viscosité de la pâte dans le processus de préparation et de revêtement
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