Production de crème glacée améliorée par ultrasons

L’application d’ultrasons de puissance a plusieurs effets bénéfiques sur la production de crème glacée de haute qualité. Les principaux avantages de la sonication comprennent la réduction de la taille des cristaux et l’accélération de la congélation de la crème glacée. Ainsi, l’ultrasonication améliore la qualité et la sensation perçue par le consommateur tout en réduisant simultanément les coûts de production.

Effets des ultrasons sur la fabrication de crème glacée

La production de crème glacée implique un traitement sophistiqué afin d’obtenir un produit alimentaire sucré de haute qualité qui satisfait les exigences des clients. Ces étapes de traitement élaborées résultent principalement du fait que la crème glacée est l’un des aliments les plus complexes : la crème glacée est à la fois une mousse et une émulsion. Elle contient des cristaux de glace et un mélange liquide non congelé. Les ultrasons de haute puissance appliqués pendant la fabrication de la crème glacée peuvent favoriser la nucléation des cristaux de glace afin d’accélérer le processus de transfert de chaleur et de masse qui accompagne le processus de congélation. Ainsi, la sonication réduit la taille des cristaux et raccourcit le temps de congélation dans la production de crème glacée. Des recherches de Mortazavi et Tabatabaie ont montré que le temps de congélation lors de la fabrication de la crème glacée pouvait être réduit d’environ 30 % par une sonication de 20 min.

La production de crème glacée et les avantages des ultrasons

Pour la production de crème glacée, un mix pour crème glacée est nécessaire. Ce mix pour crème glacée se compose de lait, de lait en poudre, de crème, de beurre ou de matière grasse végétale, de sucre, de matière sèche, d’émulsifiant, de stabilisant ainsi que d’additifs tels que des fruits, des noix, des arômes et des colorants. Ce mélange spécial doit être homogénéisé et pasteurisé, puis il est remué lentement pendant le processus de congélation afin d’empêcher la formation de gros cristaux de glace. Ce faisant, de très petites bulles d’air sont incorporées (processus dit de foisonnement) afin de faire mousser la crème glacée et d’obtenir un dessert froid à la texture onctueuse. L’ultrasonication favorise la répartition uniforme de tous les ingrédients du mix pour crème glacée et contribue en même temps à la pasteurisation. Pour en savoir plus sur la pasteurisation par ultrasons des aliments liquides, cliquez ici !
Par la suite, l’ultrasonication est appliquée pendant l’étape de congélation de la production de crème glacée. L’ultrasonication favorise la nucléation et la croissance des cristaux de glace, de sorte que le processus de congélation est considérablement accéléré. Dans le même temps, la sonication réduit la taille des cristaux de glace, de sorte que l’on obtient des cristaux de glace uniformément petits. Cela confère à la crème glacée une texture onctueuse et une sensation agréable en bouche – deux attributs de qualité très appréciés des consommateurs.

Étapes de production de la crème glacée

La fabrication de la crème glacée comporte cinq étapes :

1. préparation du mix pour crème glacée
2. homogénéisation, pasteurisation, maturation du mix pour crème glacée
3. congélation et foisonnement
4. façonnage et moulage
5. durcissement et conditionnement

Étapes de la production de crème glacée.
Source : Dairy Processing Handbook. Publié par Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Suède. p.387.

Congélation de la crème glacée favorisée par ultrasons

Au cours du processus de congélation, des cristaux se forment à partir d’eau surfondue. La morphologie des cristaux de glace joue un rôle important en ce qui concerne les propriétés texturales et physiques des aliments congelés et semi-congelés. Comme la taille et la distribution des cristaux de glace revêtent une importance particulière pour la qualité des produits tissulaires décongelés, on privilégie, pour la crème glacée, des cristaux de glace plus petits, car les gros cristaux donnent une texture cristalline. La nucléation est le facteur le plus important pour contrôler la distribution granulométrique des cristaux pendant la cristallisation. Ainsi, la vitesse de congélation est généralement le paramètre utilisé pour contrôler la taille et la distribution de taille des cristaux de glace dans la crème glacée. Pendant le fouettage et la congélation, de l’air est injecté afin d’obtenir la texture onctueuse de la crème glacée. Le « foisonnement » (over-run), c’est-à-dire la quantité d’air injectée, est proportionné – spécifiquement selon la recette concernée – au volume combiné des matières solides et de l’eau. Ainsi, le foisonnement varie en fonction des différentes formulations de crème glacée et des flux de transformation. Une crème glacée standard présente un foisonnement de 100 %, ce qui signifie que le produit final se compose d’un volume égal de mix pour crème glacée et de bulles d’air.
L’utilisation des processeurs à ultrasons haute performance de Hielscher permet d’obtenir une crème glacée de meilleure qualité en favorisant la cristallisation, en réduisant la taille des cristaux de glace et en évitant l’incrustation d’une surface de congélation. Une meilleure consistance et une sensation en bouche plus crémeuse sont obtenues grâce à la taille réduite des cristaux de la crème glacée et à la meilleure répartition des bulles d’air. Une congélation nettement plus courte, avec un temps de congélation réduit d’env. 30 %, permet une capacité de traitement plus élevée et un processus de production plus économe en énergie.

Scientifiquement prouvé : amélioration de la qualité de la crème glacée grâce à la sonication

Aslan et Dogan (2021) ont étudié les effets de la sonication sur la production de crème glacée à l’aide du sonicateur à sonde Hielscher UP400St (voir photo à gauche). Les résultats de la recherche ont démontré que les ultrasons favorisent la réduction de la taille des particules grâce à la cavitation. Il est apparu clairement que la sonication améliore la qualité de la crème glacée et des produits alimentaires surgelés, car elle a produit des cristaux de glace de plus petite taille. Comme les cristaux de glace confèrent une sensation en bouche unique à la crème glacée, il est très important d’obtenir les cristaux les plus petits possibles lors du processus de congélation afin d’éviter une structure granuleuse et d’obtenir l’onctuosité et la douceur souhaitées de la crème glacée. Cette étude a également conclu que l’homogénéisation par ultrasons permet d’obtenir une émulsion bien dispersée. Les tests réalisés par un panel de consommateurs portant sur l’analyse sensorielle et la saveur des aliments ont montré que l’homogénéisation de la crème glacée par ultrasons contribue à satisfaire les préférences des consommateurs grâce à des cristaux de glace plus petits et à la sensation agréable en bouche de la crème glacée qui y est associée.
(cf. Aslan et Dogan, 2021)

Processeurs alimentaires à ultrasons haute performance pour la production de crème glacée

Hielscher Ultrasonics possède une longue expérience dans l’application des ultrasons de puissance dans l’industrie des aliments et des boissons ainsi que dans de nombreuses autres branches industrielles. Nos processeurs à ultrasons sont équipés de sonotrodes et de cellules à circulation (les pièces en contact avec le produit) faciles à nettoyer (nettoyage en place CIP / stérilisation en place SIP).
Les sonicateurs industriels de Hielscher Ultrasonics peuvent fournir des amplitudes très élevées en fonctionnement continu 24/7. Le contrôle précis de l’amplitude, d’intensités douces à élevées, est important pour ajuster finement le processus de sonication aux caractéristiques de produit visées pour la formulation de crème glacée.
Avec des processeurs alimentaires à ultrasons de toutes tailles, Hielscher propose des systèmes fiables pour le traitement par lots et en continu des produits alimentaires et des boissons, y compris la crème glacée. Alors que pour un petit glacier artisanal, les modèles de sonicateurs UP400ST (400 watts) ou UIP1000hdT (1000 watts) offrent une capacité de traitement suffisante, une installation industrielle de fabrication de crème glacée installera les modèles de sonicateurs à haut rendement UIP6000hdT (6000 watts) ou UIP16000hdT (16 000 watts).
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :

Bibliographie / Références

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.