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Processus général de fabrication de bière
La bière est une boisson alcoolisée fermentée, dont les ingrédients de base sont le malt d’orge (orge germé) additionné pour des raisons économiques à d’autres céréales, à l’eau (la bière en contient généralement 95 %), au houblon et aux levures. La fabrication de la bière comprend quatre grandes étapes : le maltage, le brassage, la fermentation et la filtration.
Maltage
L’orge est la matière première de base pour la fabrication du malt. Le maltage a pour but de libérer les éléments chimiques présents dans l’orge, notamment les enzymes qui vont transformer les hydrates de carbone (glucides) en maltose durant le brassage. Le maltage comprend cinq étapes à savoir la préparation de l’orge, le trempage, la germination, le touraillage et le traitement du malt [BAKOHARIMANANA, 2004].
Préparation de l’orge
L’orge brute est nettoyée, triée et calibrée. L’orge est calibrée pour obtenir des grains d’orge de dimension uniforme et pour se débarrasser de tous corps étrangers et des grains détériorés impropres à la germination [RAFANOMEZANTSOA ,1988].
Trempage
Le trempage consiste à mettre l’orge dans l’eau pendant 10 heures de façon à limiter la dormance et à activer les cellules. En général, pour 100 kg de malt, il faut 150 L d’eau. Et il faut faire passer un courant d’air chaud à 40 °C. Deux à trois jours après cette opération, les grains sont gorgés d’eau, son humidité passe de 15 à 45 %. Cette humidité conditionne la germination des grains [RAZAFINDRAIBE, 2012].
Germination
Le germe, activé lors de la trempe, va au cours de cette étape, se développer entraînant d’importantes modifications biochimiques au cœur du grain. L’embryon va alors libérer et activer une multitude d’enzymes se trouvant naturellement dans la réserve. La couche de grains, étalée sur un plateau perforé, va germer [BOIVIN, 2006]. Le plateau est continuellement ventilé par de l’air conditionné en température et en humidité, de façon à assurer la respiration. Après 3 à 6 jours, et à 17°C, la plumule atteint la taille du grain et les radicelles, qui se sont développées, apparaissent fanées : c’est le « malt vert ».
Touraillage
Le touraillage implique le séchage du malt vert. Il a pour but d’arrêter le processus de germination, de développer dans le malt un arôme spécial, de lui donner une coloration plus ou moins foncée et de débarrasser le grain des radicelles. Cette étape dure 2 jours et comporte deux phases : d’une part, le séchage pour faire passer l’humidité du malt vert de 45 à 10 %, réalisé avec un air à 60 °C et d’autre part, la fin du séchage et le coup de feu à une température comprise entre 60 °C et 85 °C où l’humidité du malt passe de 10 % à 3 %. Ce manque d’humidité empêche les enzymes de continuer à scinder les liaisons osidiques des molécules, amylose et amylopectine, constitutives de l’amidon [RANDRIAMIHARISOA, 1999].
Traitement du malt
Les radicelles formées au cours de la germination seront retirées en faisant passer les grains sur des plateaux vibrants. Le grain étant très sec, les radicelles se détachent facilement. Les grains sont alors dégermés, nettoyés et enfin mis dans des sacs de conditionnement.
Brassage
C’est ici que commence réellement la fabrication de la bière. Il s’agit de prendre le malt et/ou les autres céréales et de les faire bouillir pour en retirer toutes les substances qu’ils contiennent et qui sont utiles à la fermentation.
Le but du brassage est d’obtenir, à partir des matières premières (eau, malt et houblon), un moût sucré et aromatisé qui, par la suite, subira une fermentation alcoolique. Le brassage comprend trois opérations :
-le concassage ;
– le brassage proprement dit ;
– et la filtration du moût.
Lors du brassage, l’eau est le solvant. Celle-ci doit être traitée à l’aide de filtres en matière inoxydable, car elle peut donner un goût métallique à la bière du fait des sels minéraux et des 12
traces de sodium qu’elle contient. C’est elle qui dissout les sucres, les protéines et la plupart des autres substances contenues dans le malt et les autres céréales. Ces derniers seront mis dans une grande cuve où on ajoute de l’eau chaude tout en brassant le mélange appelé « maische » et il faudra porter le tout à une certaine température bien définie. Cette phase s’appelle l’empâtage [BOIVIN, 2006]. L’augmentation de la température assure, pour chaque étape du brassage, l’obtention des conditions nécessaires pour optimiser l’action des enzymes qui participeront à la formation des sucres fermentescibles. Cette dégradation de l’amidon est appelée « saccharification » [RAZAFINDRAIBE, 2012].
Le pH est également un paramètre très important en brassage. L’activité des enzymes est, en effet, influencée par l’acidité. Le pH normal d’un moût est de 5,8 avec de l’eau neutre [RAZAFINDRAIBE, 2012]. L’acidification du moût pour réaliser l’optimum des enzymes se réalise par addition d’acides au brassin (acide phosphorique, acide chlorhydrique, etc.). Comme nous montre la figure 3, les facteurs temps et température sont très importants en brassage. Effectivement, plusieurs enzymes sont dégagés par le malt. Ces enzymes agissent à des paliers de température bien définis et en fonction du temps, il faudra augmenter la température du mélange pour qu’à la fin de l’action d’une enzyme, d’autres puissent à leur tour participer à la saccharification. La fin de la dégradation des amidons sera alors indiquée par le test à l’iode. Du fait que, l’amidon est coloré en bleu avec l’iode, ses produits de dégradation deviennent violets, rouges ou bruns. Ils peuvent se décolorer différemment selon la longueur de la chaîne [RASOLONJATOVO, 2011]. Température (°C)
Préparation des cuves pour bière filtrée
Au début de la filtration et avant que la bière filtrée arrive, la cuve pour bière filtrée (CBF) sera mise sous pression de 0,7 à 0,8 bars avec du CO2. La bière sera transférée dans la cuve pour bière filtrée et la pression monte jusqu’à 1bar. A cette pression, le filtreur doit transférer le CO2 vers la CBF 2 ou directement à l’air libre.
Dilution
Après les différentes opérations citées précédemment, le filtre est prêt à être utilisé. Dans un premier temps, l’eau de dilution du Kieselguhr sera poussée par de la bière puis jetée à l’égout. Ensuite, avant d’envoyer la bière non encore filtrée, une quantité précise de bière diluée sera récupérée dans une cuve tampon. L’ajustement de l’alcool par ajout d’eau désaérée est assuré par un automate. Ce dernier est constitué d’un alcoolyzer pour mesurer l’alcool d’une part et d’un système de régulation pour gérer l’ouverture et la fermeture d’une électrovanne d’autre part. Il est commandé depuis la salle de contrôle. C’est à cette étape de fabrication que s’effectuent les derniers ajustements de la bière.
Il est alors important de définir un système de régulation puisque cela entre dans le coupage de la bière.
Régulation
Définition
La régulation est l’action de régler automatiquement une grandeur de telle sorte que celle-ci garde constamment sa valeur ou reste proche de la valeur désirée appelée consigne, quelles que soient les perturbations qui peuvent subvenir. Quand la consigne est constante au cours du temps, c’est une régulation. Mais si elle est réglée suivant une grandeur de référence, c’est un asservissement. Dans notre cas la valeur de l’alcool est asservi.
L’objectif global de la régulation peut se résumer par ces trois mots clefs :
• mesurer ;
• comparer ;
• corriger.
Régulation Proportionnelle Intégrale Dérivée (PID)
• Introduction
Grâce à la découverte de l’amplificateur opérationnel, le premier PID a été commercialisé en 1930. Puis dans les années 1940 beaucoup de PID pneumatiques ont été installés. A partir des années 1970 l’arrivée des circuits intégrés permet la commande numérique beaucoup moins restrictive que le PID [MURDY, 1995].
• Boucle de régulation
Il y a deux boucles de régulation dont l’une est ouverte et l’autre fermée. La boucle ouverte est un système qui ne comporte pas de contre-réaction entre la sortie et l’entrée, tandis que la fermée en compote c’est-à-dire, la commande prend en compte la différence entre la grandeur réglée et la consigne. Dans le processus, la boucle fermée est utilisée [MURDY, 1995]. Un système de boucle fermée est schématisé à la figure 13.
Correction en caramel et additions des additifs
Avant la correction en caramel et les additions des additifs, la bière est saturée en CO2 par injection de CO2. Le caramel nécessaire est ajouté dans un bac et les additifs dans un autre bac. Ces 2 bacs sont parfaitement agités.
Les additifs sont :
– Les protéinases ;
– Les agents conservateurs comme les antioxydants, produits favorisant la tenue de mousse ;
– Et les agents intensifiant l’amertume.
Si à la fin de la filtration, le degré alcoolique cible est de 5,40, il faudra fixer cette teneur en alcool de la bière à une valeur un peu plus élevée pour éviter une diminution en teneur par dilution.
L’ajout des additifs et la correction en caramel est présenté sur la figure 14.
Conditionnement
Conditionnée en fûts, boîtes métalliques ou en bouteilles, des précautions doivent être prises lors du soutirage pour éviter le contact de la bière avec la lumière, l’oxygène, la chaleur ou les vibrations. Les récipients à remplir sont d’abord vidés de l’air qu’ils contiennent et placés sous contrepression de CO2 dans le but de permettre le remplissage sans dégazage de la bière, sans contact avec l’air et sans qu’elle mousse [SOPHIE, 2007] Aussitôt rempli, le récipient doit être fermé hermétiquement.
Conditionnée en fûts, la bière subit un flash pasteurisation consistant à faire passer pendant quelques secondes la bière à une température de 71°C juste avant la mise en fûts. Pour celles conditionnées en bouteilles ou en boîtes métalliques, une légère pasteurisation, c’est-à-dire une augmentation progressive de la température, puis la maintenir à 60°C pendant quelques minutes avant un refroidissement à 20°C assure la stabilité microbiologique de la bière. Dans tous les cas, la pasteurisation n’est pas systématique, mais elle permet une meilleure conservation avec une garantie des qualités organoleptiques de 12 mois [RARIVO, 2012].
Mesure de l’alcool par distillation et détermination de l’extrait primitif (EP)
Objectif
Le but de cette étape est de déterminer la densité de la bière. Elle est exprimée en degré Plato (noté °P), c’est-à-dire la quantité d’extrait en gramme par 100 grammes de bière.
Principe
La distillation permet une mesure précise de l’alcool par le pesage du distillat et la densité primitive par le résidu en utilisant un pycnomètre.
Matériels
Une colonne de distillation, un chauffe ballon (Marque Electrothermal ; N° de série 10788042), un cryostat, une balance de précision, un pycnomètre, un ballon à fond rond 500 mL et quelques grammes de kieselguhr ont été principalement utilisés pour la manipulation. Un papier filtre, un entonnoir, un flacon de 1000 mL, un Erlen Meyer de 250 mL, un couvercle en verre et une fiole jaugée de 100 mL ont été utilisés pour la préparation de l’échantillon.
Préparation de l’échantillon
L’échantillon est mis dans un flacon et dégazé. Une partie est prélevée puis filtrée. Avec le filtrat ainsi obtenu, la densité apparente est mesurée.
Distillation
Une fiole jaugée sert à mesurer 100mL de l’échantillon. Les 100 mL sont versés dans un ballon à fond rond à col rodé. La fiole est ensuite rincée avec de l’eau distillée et l’eau de rinçage est versée dans le ballon. Le ballon est mis sur le chauffe ballon et la distillation peut être démarrée. Le distillat est recueilli dans une fiole de 100 mL. La distillation est arrêtée quand un volume d’environ 50 mL du distillat est obtenu.
Mesure du pourcentage en volume d’alcool
Le volume du distillat est ramené à 100 mL avec de l’eau distillée et la densité est déterminée à 20 ° C avec un pycnomètre. Le pourcentage en alcool est obtenu par conversion sur la table de conversion.
Mesure de l’extrait primitif (EP)
Le résidu est transféré dans une fiole jaugée de 100 mL et le ballon est rincé avec de l’eau distillée pour récupérer le reste du résidu. Le volume est ensuite ramené à 100 mL avec de l’eau distillée. La densité est déterminée à 20 °C avec un pycnomètre et la densité est convertie en degré saccharine (°S) suivant l’équation 3. dd (°S) = (Densité à 20°C * 1000) – 1000 Équation 3
Avec :
EP : Extrait primitive (° P)
dr : densité du résidu (° S)
dL : densité (degree lost)
dd : densité du distillat (adimensionnel)
Dosage de l’amertume
Objectif
Le dosage de l’amertume permet de déterminer le taux en l’iso-alpha de la bière.
Principe
La manipulation consiste à extraire les substances amères dans la bière avec l’isooctane et à déterminer l’absorbance de la phase organique obtenue, après centrifugation, à 275 nm à l’aide du spectrophotomètre.
Réactifs
Les réactifs utilisés sont l’isooctane ou 2, 2, 4 – Triméthylpentane, HCl 6N et l’anti-mousse pour amertume.
Matériel et appareil
2 tubes non bouchés à centrifuger (50 mL), 2 tubes bouchés à centrifuger (50 mL), 3 cuvettes en quartz pour spectrophotomètre, des billes de verre, 3 pipettes respectivement de 1 mL, 5 mL, 10 mL et un Pro-pipettes de 1 mL ont été utilisés pour la préparation de l’échantillon. Un rotatest et une centrifugeuse sont également nécessaires pour les centrifugations. Un rotatest est présenté à la figure 18
Préparation de l’échantillon
Quelques gouttes d’antimousse sont ajoutées dans l’échantillon à analyser. Puis, une centrifugation à 3000 tr min-1 pendant 5 minutes dans un tube à centrifuger non bouché est faite pour clarifier la bière. Dans le tube à centrifuger bouché un volume 5 mL d’échantillon est versé, puis 5 billes en verre, 0,25 mL de HCl 6 N et 10 mL d’isooctane sont ajoutés successivement en respectant l’ordre. Une agitation vigoureuse à la main est nécessaire avant de l’agiter sur le rotatest pendant 20 minutes à 250 tours par minute. Et enfin, une centrifugation à 3000 tour par minute pendant 5 minutes dans la centrifugeuse est faite.
Mesures et lectures
Avant la lecture, le blanc est fait avec l’isooctane. Le surnageant est récupéré avec la pro-pipette et verser dans la cuve en quartz. La mesure de l’absorbance du surnageant est réalisée à 275 nm.
Pression des résultats
Le résultat est donné par l’équation 5. UA = Abs * CUA Équation 5
Avec
UA : unité d’amertume (EBU)
Abs : absorbance (nm)
CUA: coefficient de UA (adimensionnel)
Comptages des levures
Le nombre de population de levure est très important pour bien déterminer les proportions de kieselguhr nécessaire lors de la filtration.
Matériels et réactifs
Un microscope, une cellule de thomas et une lamelle ont été utilisés pour la lecture du nombre de biomasse. L’échantillon a été préparé à l’aide d’un flacon, d’une pipette de 1 mL et d’une pipette pasteur. Du Nacl 0,9 % et du bleu de méthylène sont les réactifs utilisés.
Méthodes
Un volume de 1 mL de l’échantillon est pipeté à l’aide d’une pipette de 1 mL et ajouté dans un bécher, puis un volume de 1 mL de bleu de méthylène est introduit dans ce dernier. Pour avoir une dilution de 10 fois, un volume de 8 mL de NaCl 0,9 % est ajoutée dans la solution précédente. Une petite quantité de l’échantillon préparé est pipetée avec une pipette pasteur et quelques gouttes d’échantillon sont déposées sur la cellule de THOMAS. Cette dernière est couverte avec une lamelle et la formation de bulles est à éviter. La préparation est mise sur le microscope.
Calcul
Les cellules de levures se trouvant dans les 16 grands carrés de la cellule de THOMAS sont comptées. La population de levure est donnée par l’équation 6. Yc = Équation 6
Avec
Yc : nombre de levures (million/mL)
N : nombre de cellule compté dans les 16 grands carrés (adimensionnels)
f : facteur de dilution (adimensionnel)
Cf : coefficient de biomasse (adimensionnel)
Mesure du pH
Objectif
Le but de cette étape est de déterminer l’acidité ou la basicité d’une solution avec un pH-mètre.
Principe
Le pH indique la concentration du milieu en ion hydronium (H3O+) et en ion hydroxyde (OH-). L’eau peut être neutre, acide ou basique selon la proportion des ions H3O+ et OH-.
Matériels
Un bêcher de 100 mL et un pH-mètre (marque consort C860 ; N° de série 92210) sont utilisées pour la manipulation.
Préparation de l’échantillon
Un volume de 50 à 100 mL de l’échantillon est prélevé dans un bêcher de 100 mL et la température est ramené à 20 ° C.
Mesure et lecture
L’électrode est plongée dans l’échantillon suivi d’une agitation pour homogénéiser la solution. La valeur du pH est lue directement sur l’écran du pH-mètre quand celle-ci est stable.
Filtration de la bière et sa clarification
La filtration de la bière après sa maturation a pour rôle de la rendre plus brillante et d’éliminer le trouble au froid formé pendant la maturation.
Ligne de filtration
La ligne de filtration est constituée principalement d’un filtre PALL à bougies. Une cuve tampon est à placée en entrée et à la sortie du filtre pour régler la pression en amont et en aval du filtre. Deux bacs de dosage de type caramel, pro-mousse, antioxydant est utilisé pour la correction en caramel et les autres additifs. Une installation de dilutions et de carbonations sont respectivement installées pour le coupage et la saturation en CO2. Une cuve contenant de l’eau désaérée est aussi utilisée pour la dilution.
Nettoyage en place de la cuve filtre
La cuve filtre est d’abord rincée avec de l’eau chaude. Le rinçage n’est pas arrêté si le pH de l’eau de rinçage n’est pas sensiblement égal au pH de l’eau chaude de rinçage. L’eau froide est maintenant ajoutée caractérisant le rinçage final et le pH doit être égal à valeur du pH de l’eau de référence au laboratoire.
Préparation de la pré-couche et de l’alluvionnage
Matériels
Un bac doseur de 280 L rempli d’eau et une cuve filtre sont utilisés pour la préparation de la pré-couche et de l’alluvionnage. Des kieselguhrs de type DICB et FIBROXEL UNI sont utilisées pour la préparation de la pré-couche et CBR et DICB sont utilisés pour la préparation de l’alluvionnage.
Préparation de la pré-couche
Le filtre est tout d’abord remplit par de l’eau désaérée. Une masse de 5 kg de DICB et 10 kg de FIBROXEL UNI sont pesées. Les deux sont introduits dans le bac doseur. Une agitation dans le bac pendant 10 minutes est nécessaire avant l’envoi vers le filtre. Lors du lancement de la pré-couche, un volume de 100 L d’eau est réinjecté pour assurer l’homogénéité du mélange. Le mélange est mis en circuit fermé pendant 15 minutes jusqu’à voire les bougies avec un débit de 230 hL/ h. Après la circulation, le débit n’est plus que de 100 hL.h-1.
Cas de l’alluvionnage
Pour le premier alluvionnage, une masse de 15 kg de DICB et une masse de 10kg de CBR sont introduites dans le bac avec un débit de 100 hL.h-1. La filtration est lancée lors de la préparation de l’alluvionnage. Pour les autres alluvionnages, la masse du DICB est réduit à 10 kg. La proportion des kieselguhrs dépend de la population des levures dans la bière en garde.
Coupage et correction en caramel
Coupage de la bière par de l’eau désaérée
• Principe
La bière est diluée par de l’eau désaérée dont l’oxygène dissous est inférieur à 15 ppb. La dilution se fait par ouverture et fermeture automatiquement d’une électrovanne selon le taux d’alcool désiré. L’électrovanne est commandée par un automate équipé d’un système de régulation à boucle fermée. L’opération est manipulée depuis la salle de contrôle.
• Mode opératoire
La bière filtrée sortant du filtre passe le long d’une conduite. Elle est tout d’abord saturée en CO2 par injection de CO2.Le volume du BHD nécessaire pour remplir un CBF est obtenu par un coefficient de dilution. Depuis la salle de contrôle, La consigne est asservie selon la valeur de la mesure obtenue lors de le premier échantillonnage ou « blending ». La correction est faite tous les 150 hL selon les résultats obtenus au laboratoire.
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Table des matières
Introduction
PARTIE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
I. Généralité sur la bière
I.1 Présentation de la Nouvelle Brasserie de Madagascar (NBM)
I.1.1 Informations générales
I.1.2 Organigramme de la société
I.2 Définition
I.3 Historique
I.4 Production et consommation dans le monde
I.5 Valeur énergétique
II. Matières premières
II.1 Eau
II.2 Malt
II.3 Matière amylacée
II.4 Houblon
II.5 Additifs
II.6 Levure
III. Processus général de fabrication de bière
III.1 Maltage
III.1.1 Préparation de l’orge
III.1.2 Trempage
III.1.3 Germination
III.1.4 Touraillage
III.1.5 Traitement du malt
III.2 Brassage
III.3 Fermentation
III.4 Filtration
III.4.1 Préparation des pré-couches
III.4.2 Préparation des cuves pour bière filtrée
III.4.3 Dilution
III.4.4 Régulation
III.4.5 Correction en caramel et additions des additifs
III.1.6 Conditionnement
PATRIE II : MATERIELS ET METHODES
I. Analyses physicochimiques de la bière en garde dans le laboratoire
I.1 Mesures de l’alcool avec l’alcoolyzer
I.1.1 Objectif
I.1.2 Principe
I.1.3 Matériels
I.1.4 Préparation de l’échantillon
I.1.5 Mesure et lecture
I.2 Mesure de la coloration de la bière
I.2.1 Objectif
I.2.2 Principe
I.2.3 Réactifs
I.2.4 Matériels
I.2.5 Préparation de l’échantillon
I.2.6 Mesure du blanc
I.2.7 Lecture de l’échantillon
I.2.8 Expression du résultat
I.3 Mesure de l’extrait apparent
I.3.1 Objectif
I.3.2 Principe
I.3.3 Matériels
I.3.4 Préparation de l’échantillon
I.3.5 Mesures et calculs
I.4 Mesure de l’alcool par distillation et détermination de l’extrait primitif (EP)
I.4.1 Objectif
I.4.2 Principe
I.4.3 Matériels
I.4.4 Préparation de l’échantillon
I.4.5 Distillation
I.4.6 Mesure du pourcentage en volume d’alcool
I.4.7 Mesure de l’extrait primitif (EP)
I.4.8 Expression des résultats
I.5 Dosage de l’amertume
I.5.1 Objectif
I.5.2 Principe
I.5.3 Réactifs
I.5.4 Matériel et appareil
I.5.5 Préparation de l’échantillon
I.5.6 Mesures et lectures
I.5.7 Pression des résultats
I.6 Comptages des levures
I.6.1 Matériels et réactifs
I.6.2 Méthodes
I.6.3 Calcul
I.7 Mesure du pH
I.7.1 Objectif
I.7.2 Principe
I.7.3 Matériels
I.7.4 Préparation de l’échantillon
I.7.5 Mesure et lecture
II. Filtration de la bière et sa clarification
II.1 Ligne de filtration
II.2 Nettoyage en place de la cuve filtre
II.3 Préparation de la pré-couche et de l’alluvionnage
II.3.1 Matériels
II.3.2 Préparation de la pré-couche
II.3.3 Cas de l’alluvionnage
II.4 Coupage et correction en caramel
II.4.1 Coupage de la bière par de l’eau désaérée
II.4.2 Correction en caramel
PARTIE III : RESULTATS, INTERPRETATIONS ET DISCUSSIONS
I. Résultats et interprétations
I.1 Analyses de la bière en garde faites au laboratoire
I.1.1 Teneur en alcool dans la bière en maturation
I.1.2 Coloration, extrait primitif, extrait apparent, unité d’amertume et pH de la bière de type BHD
I.1.3 Nombre de biomasse (Yc) dans la bière en garde
I.2 Résultats de la pré-couche et de l’alluvionnage
I.3 Analyses dans la salle de contrôle lors de la filtration
I.4 Teneur en alcool et couleur de la bière filtrée lors d’un pilotage de filtration
II. Discussion
II.1 Résultats au laboratoire des paramètres physico-chimiques de la bière en garde
Conclusion
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