Préserver le goût, réduire la teneur en alcool : le rôle des échangeurs de chaleur dans le brassage AF
La popularité des bières et cidres à faible teneur en alcool et sans alcool (AF) a considérablement augmenté ces dernières années, sous l’impulsion de considérations sanitaires et sociales. Bon nombre de ces boissons sont produites de manière similaire aux bières et cidres classiques ; par conséquent, les équipements nécessaires, tels que les échangeurs de chaleur, restent les mêmes et les mêmes facteurs doivent être pris en compte lors du processus de sélection.
L’IWSR prévoit que la consommation mondiale de boissons analogues sans alcool (notamment la bière sans alcool, le vin, les produits prêts à boire et les spiritueux) augmentera de 36 % en volume entre 2024 et 2029, « pour atteindre plus de 18 milliards de portions de boissons analogues sans alcool ». 1 Market Research Future va plus loin, en estimant que le marché mondial de la bière à faible teneur en alcool représentera 36,22 milliards de dollars américains d’ici 2035, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 6,12 %. 2 Cette tendance s’inscrit dans la continuité de la croissance observée au cours de la décennie précédente, l’association Brewers of Europe indiquant que la consommation de bière à faible teneur en alcool et sans alcool sur l’ensemble du continent est passée de 3,5 % du marché total de la bière en 2012 à un peu plus de 6 % en 20213.
« Les boissons sans alcool, telles que la bière et le vin sans alcool, constituent un moyen de plus en plus prisé par les consommateurs pour modérer leur consommation d’alcool », explique Susie Goldspink, responsable du segment « Sans alcool et à faible teneur en alcool » chez IWSR. « En imitant le goût et l’aspect des boissons alcoolisées, les consommateurs qui souhaitent modérer leur consommation peuvent participer pleinement aux moments de convivialité sans se sentir exclus. »
Surmonter les défis liés à la production
Représentant 93 % du marché européen des boissons à faible teneur en alcool ou sans alcool en valeur, la bière est la boisson la plus populaire dans ce secteur en pleine croissance. Cependant, les producteurs ont traditionnellement eu du mal à élaborer des alternatives de haute qualité à la bière à faible teneur en alcool ou sans alcool. La situation est en train de changer, les brasseurs adoptant deux approches principales, qui présentent chacune leurs avantages et leurs inconvénients. La première consiste à limiter la formation d’alcool pendant la fermentation, et la seconde à éliminer l’alcool une fois la bière produite.
Pour limiter la production d’alcool au cours de la fermentation, il faut soit interrompre prématurément le processus, soit utiliser une souche spécifique de levure (en particulier celles qui sont « maltose-négatives ») afin de restreindre la fermentation. Par le passé, l’indisponibilité de ces souches sur le marché, associée à des lacunes dans les connaissances, s’est avérée constituer un véritable défi. Au cours des dernières années, cependant, des avancées majeures ont été réalisées pour pallier les faiblesses des méthodes biologiques en matière de saveur et d’arôme.
La méthode physique la plus courante pour éliminer l’alcool est la désalcoolisation par distillation, soit par évaporation sous vide, soit par osmose inverse à l’aide d’une membrane. La technologie liée aux membranes a considérablement progressé ces dernières années, mais cette technique reste coûteuse et est donc principalement utilisée par les grandes brasseries. La distillation et l’évaporation sous vide nécessitent un contrôle rigoureux de la température pour préserver la qualité, mais offrent souvent les meilleurs résultats lorsqu’une brasserie cherche à reproduire le goût d’une bière standard existante.
Outre les aspects techniques, d’un point de vue historique, les facteurs de qualité associés aux bières à faible teneur en alcool ou sans alcool, tels que le goût, la sensation en bouche et la durée de conservation, se sont également révélés difficiles à maîtriser, car bon nombre d’entre eux dépendent directement ou indirectement de l’éthanol lui-même. Cela signifie que les meilleures bières sans alcool sont souvent spécialement élaborées, car la levure, le houblon et les édulcorants peuvent tous être utilisés dans la recette pour compenser l’absence d’alcool.
Le rôle des échangeurs de chaleur
Grâce à la disponibilité croissante de souches de levure plus performantes, il est désormais possible de produire, à l’aide d’équipements standard, des bières à faible teneur en alcool ou sans alcool plus savoureuses et de meilleure qualité. Cependant, il est généralement admis que la conception des recettes, le contrôle des procédés et la gestion du conditionnement des bières à faible teneur en alcool ou sans alcool revêtent une importance encore plus grande que pour les produits traditionnels.
Cela signifie que le contrôle de la température est crucial à plusieurs étapes clés. Par exemple, le fait de maintenir des températures de brassage plus élevées (> 72 °C) et de réduire la durée du brassage permettra de diminuer l’activité de la bêta-amylase et la fermentation (et donc la teneur en alcool du produit final). Après l’ébullition, le moût doit être refroidi rapidement afin d’éviter les saveurs indésirables causées par la production de diméthylsulfure (DMS) – ce qui s’obtient généralement en ramenant la température d’environ 95 °C à environ 12 °C. On peut utiliser ici aussi bien des échangeurs de chaleur à plaques que des échangeurs tubulaires, mais ces derniers ont souvent une plus grande capacité et permettent donc de refroidir le moût plus rapidement.
Lorsque la distillation sous vide est utilisée pour éliminer l’alcool, il est essentiel de respecter des régimes de température spécifiques afin d’éviter la formation de saveurs indésirables. Les systèmes d’évaporation basés sur des échangeurs de chaleur, tels que la série HRS K à tubes ondulés, sont idéaux compte tenu de la faible viscosité et du faible risque d’encrassement de la plupart des bières. L’utilisation d’eau réfrigérée ou d’autres fluides de refroidissement permet également de refroidir la bière fermentée avant sa maturation ou sa mise en bouteille. Là encore, les échangeurs de chaleur constituent la solution idéale, car ils offrent un contrôle précis de la température ainsi qu’un traitement en continu.
Comme de nombreuses bières à faible teneur en alcool ou sans alcool ne contiennent pas les agents antimicrobiens caractéristiques de la bière classique – et ne bénéficient pas non plus des effets conservateurs de l’alcool –, la pasteurisation revêt une importance encore plus grande. En particulier, le recours à des techniques de pasteurisation à haute température et de courte durée (HTST) contribuera à préserver le goût rafraîchissant qui caractérise tant de ces produits.
Non seulement la pasteurisation garantit la stabilité microbiologique et prolonge la durée de conservation, mais, dans la plupart des cas, elle contribue également à préserver le goût du produit au fil du temps. Que ce soit des échangeurs de chaleur intégrés, tels que ceux de la série HRS MI dotés de la technologie des tubes ondulés multitubes, ou des systèmes intégrés – comme ceux de la série HRS Thermblock –, tous sont parfaitement adaptés à cette étape de la production.
Les échangeurs de chaleur peuvent également jouer un rôle important dans le traitement des déchets issus de la brasserie. La digestion anaérobie (DA) est une méthode couramment utilisée pour traiter les eaux usées et les boues provenant des brasseries, car celles-ci présentent souvent une forte concentration en levures et en sucres, ce qui en fait une matière première idéale. Les échangeurs de chaleur ont de nombreuses applications dans le cadre de la DA, notamment le chauffage des digesteurs, la pasteurisation — afin que le digestat obtenu puisse être commercialisé en tant que biofertilisant de grande valeur — et l’évaporation visant à réduire la teneur en eau du digestat.
Récupération d’énergie et efficacité énergétique
De nombreuses étapes du processus de brassage offrent également d’excellentes possibilités de récupération de chaleur (également appelée « régénération de chaleur »), ce qui permet aux brasseurs d’améliorer leur efficacité énergétique tout en réalisant des économies et en renforçant leur image écologique.
Par exemple, l’eau réchauffée (ou tout autre fluide de refroidissement) produite après le refroidissement du moût présente souvent une température d’environ 80 °C, ce qui la rend idéale pour préchauffer le moût trempé avant l’ébullition et réduire ainsi la consommation énergétique globale nécessaire au processus d’ébullition. Plus tard dans le processus, l’évaporation à l’aide d’échangeurs de chaleur constitue également une méthode économe en énergie pour réduire la teneur en eau des drêches, qui peuvent ensuite être utilisées comme aliments pour animaux ou comme matière première bioénergétique.
La récupération et la réutilisation de la chaleur provenant d’autres sources (telles que la chaleur excédentaire issue des opérations de refroidissement ou la capacité inutilisée des chaudières) peuvent constituer un moyen efficace d’augmenter la capacité ou d’ajouter un nouveau processus de production sans avoir à mettre en place de nouvelles infrastructures majeures de chauffage ou d’énergie. Selon l’application, les équipements de HRS Heat Exchangers ont démontré leur capacité à récupérer jusqu’à 50 % de la chaleur auparavant perdue, qui peut ensuite être utilisée pour le chauffage de l’eau, des locaux ou des procédés, le traitement des déchets ou d’autres applications thermiques.
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