La HS Geisenheim mesure l'élasticité des grains de café afin de déterminer l'avancement de la torréfaction
Case Study
- Client: Hochschule Geisenheim – Institut pour la sécurité alimentaire
- Lieu: Geisenheim, Allemagne
- Secteur d'activité: Alimentaire, Académie
- Sujet: Mesure de l'élasticité des grains de café au début et en cours processus de torréfaction
Mars 2024
L'Institut de sécurité alimentaire de la Hochschule Geisenheim réalise des mesures d'élasticité sur grains de café à l’aide de la zwickiLine Z5.0. Ces mesures permettent de déterminer la progression de la torréfaction des grains, y compris à l’intérieur de ces derniers, et d'éviter ainsi des rebuts liés à une mauvaise qualité.
Hochschule Geisenheim – Institut pour la sécurité alimentaire
L’institut pour la sécurité alimentaire de la Hochschule Geisenheim University
L’institut pour la sécurité alimentaire de la Hochschule Geisenheim University propose différents cursus de bachelor et de master, spécialement dédiés au développement, à la production et à l'assurance qualité des produits alimentaires. 1 700 personnes environ suivent actuellement un enseignement pratique à la Hochschule Geisenheim. Les activités de recherche de la Hochschule sont axées sur la recherche fondamentale et appliquée. La Hochschule est connue pour ses programmes dans le domaine de la viticulture et de l'œnologie. Des des programmes d'études en horticulture et en architecture paysagère sont en outre proposés. L'institut de recherche met, quel que soit le programme, l’accent sur la durabilité.
À l'Institut de sécurité alimentaire de la Hochschule Geisenheim, le Dr Hans Gerd Severin travaille sur sa seconde thèse sous la direction du Professeur Bernd Lindemann, Docteur en ingénierie. Il s'intéresse plus particulièrement à la boisson préférée des Allemands: Le café.
Espresso, café filtre ou Cappuccino, le café est l'une des boissons les plus appréciées en Europe – et dans le monde. Selon Statista, c'est au Luxembourg que l'on consomme le plus de café en Europe: En 2022, les ventes par habitant y étaient de l'ordre dix kilogrammes par personne. Toujours, selon Statista, la consommation de café en Allemagne est de 4,8 kg par personne. C’est également la boisson la plus populaire, avant même la bière et l'eau minérale. Severin s'intéresse plus particulièrement aux modifications des grains de café pendant la torréfaction. Il conduit des recherches – soutenues par le Deutschen Bundesstiftung Umwelt (fondation fédérale allemande pour l'environnement) – sur une approche innovante permettant de suivre et de contrôler avec précision la torréfaction du café.
La demande
Efficacité énergétique et respect des ressources: Contrôle en ligne du processus de torréfaction du café
Le grain de café est en d’autres termes isolé de la cerise au moyen de différents procédés et à l'occasion de plusieurs étapes. De nombreuses opérations peuvent cependant être mal conduites. Le grain vert doit être uniforme, intact, exempt de particules ou d'impuretés microbiennes et chimiques. Le haricot grillé est bien sûr plus intéressant: Il doit également être intact et surtout présenter une torréfaction uniforme avec le degré de torréfaction ciblé, afin de développer le profil aromatique souhaité dans la boisson.
L'institut de sécurité alimentaire de la Hochschule Geisenheim travaille sur ce projet en coopération avec la société Probat d'Emmerich, un fabricant leader d'installations de torréfaction du café. Les chercheurs enregistrent principalement les changements de couleur et de propriétés mécaniques et élastiques des grains de café pendant la torréfaction inline, c'est-à-dire à l'intérieur de la machine et pendant la torréfaction. La couleur des grains reflète la progression de la torréfaction en surface. Des informations sur l'intérieur des grains et donc sur la torréfaction à cœur sont fournies par leur élasticité, qui évolue pendant la torréfaction et qui est déterminée par des mesures sonores utilisant l'IA (intelligence artificielle). Afin d’établir un pont entre le signal sonore et les propriétés élastiques, des mesures d'élasticité ont été effectuées, à Ulm, chez le fabricant de machines d’essai, sur des grains ayant subi différents traitements et degrés de torréfaction.
La raison de cette approche est évidente. Jusqu'à ce jour, le résultat de la torréfaction des grains de café n'était déterminé qu'après torréfaction. Et, seul un contrôle visuel aléatoire de la couleur des grains était réalisé pendant la torréfaction. En dépit de procédés modernes et de la grande expertise des maîtres torréfacteurs, des erreurs de torréfaction subsistent cependant, comme l'explique Severin. Il en résulte parfois un „café de moindre qualité et des réductions de marge singificatives“.
Severin: „Notre contrôle de processus Inline précis, qui tient compte de la torréfaction effective, permet en revanche de produire un café de la qualité sensorielle souhaitée et sans rebut. Grâce à ces opérations et à la précision de processus mise en œuvre, une réduction significative des émissions de CO2 est de plus réalisée. C'est l’une des raisons pour lesquelles le Deutsche Bundesstiftung Umwelt, DBU (fondation fédérale allemande pour l'environnement) soutient le projet sous le nom de „Energieeffiziente und ressourcen-schonende Kaffeeröstung (efficacité énergétique d’une torréfaction de café économe en ressources)“ explique“, Severin.
La solution ZwickRoell
Mesures sur grains de café: zwickiLine (réalisées sur)
Lors des mesures, les scientifiques se sont heurtés à divers défis, car les propriétés du produit naturel qu'est le grain de café sont soumises à de fortes dispersions: Les grains, lorsqu'ils sont torréfiés notamment, présentent une structure très hétérogène et ne peuvent guère être normalisés en termes de surface et de longueur. Une géométrie d'échantillon uniforme ne peut en outre être définie et les grains de café ne peuvent être contraints. Pour parvenir à une conclusion fiable malgré ces limitations, les scientifiques de ZwickRoell ont effectué un grand nombre de mesures en sélectionnant des grains de taille moyenne et en les disposant à plat entre les poinçons d'essai.
Severin et ses co-chercheurs ont alors pu confirmer cette approche en effectuant des mesures sur les variétés de café Peru Arabica et India Robusta avec divers pré-traitements et dimensions. Les éléments ainsi constatés ont permis de définir que les propriétés élastiques des grains dépendaient clairement de la variété de café, du pré-traitement et des conditions de torréfaction. Les mesures ont été effectuées avec la zwickiLine Z5.0 de ZwickRoell, une machine d'essai monocolonne facile à utiliser et à transporter. Celle-ci propose un cycle de mesure automatique et enregistre numériquement toutes les données. L'analyse et l'affichage des mesures s'effectuent sur l'écran de contrôle de la machine.
Le résultat
Mesure de l'élasticité: nouvelles connaissances sur la torréfaction et l'acoustique des grains de café
À propos de essais effectués chez ZwickRoell, des mesures ont été réalisées sur des grains de café des variétés Peru Arabica et India Robusta, à l'état vert mais aussi à différents degrés de torréfaction et de pré-traitement (non séché, séché, durée de torréfaction, température de torréfaction). Les tests ont montré que: Les grains de café verts non torréfiés pouvaient être écrasés, ou presque, sans présenter d'événement de rupture notable. Des différences entre les deux types de café sont également apparues clairement: Les grains d'India Robusta ont nécessité des forces plus élevées pour une déformation identique à celle des grains d'Arabica du Pérou. Pour des études plus approfondies, les deux types de café ont été séchés, ce qui a alors permis de démontrer qu'ils se brisaient plus rapidement et étaient moins élastiques que les grains verts. Les grains de café torréfiés qui se sont brisés le plus rapidement sont cependant ceux pour lesquels des événements de rupture supplémentaires ont pu être observés pendant la poursuite de la déformation.
„Les résultats des mesures d'élasticité offrent ainsi des perspectives intéressantes pour l'interprétation des phénomènes acoustiques de la torréfaction du café ainsi que pour les changements survenant pendant le processus de torréfaction“, résume Severin. Elles permettent de plus de répondre à des questions sur la structure et la progression de la torréfaction à l'intérieur du grain de café. Ces interactions feront l’objet d’études ultérieures.
Mais, que pense le chercheur de la consommation de café? Severin: „Je suis entièrement d'accord avec Honoré de Balzac, qui dit ainsi: „Le café est cette huile noire qui, à elle seule, fait en permanence tourner la machine à travailler.“ Mais le soir, j'arrête la machine et je bois un bon Riesling du Rheingau“.
„ZwickRoell dispose de méthodes d'essai ultramodernes et – surtout – automatisées, dotées d’outils d'évaluation confortables.
Produit naturel, aux propriétés très dispersées, le café requiert en conséquence de nombreuses mesures pour obtenir un résultat statistiquement pertinent. Et, c’est une fréquence élevée de la mesure qui permet l’adéquation de la méthode au contrôle de processus."
Dr. Hans Gerd Severin, Hochschule Geisenheim – Institut pour la sécurité alimentaire
Équipement de laboratoire moderne de l’institut de sécurité alimentaire
