Des mini-spectromètres suivent le brassage en temps réel

Une nouvelle étude menée en Chine suggère que des mini-spectromètres à proche infrarouge peuvent suivre en temps réel des mesures clés du moût lors de l’empâtage industriel, une avancée susceptible d’aider les brasseries à détecter plus tôt les problèmes de process et à réduire le recours aux analyses en laboratoire.

Publiée le 6 mai dans Discover Chemistry par Springer Nature, la recherche a testé trois appareils NIR portables sur des échantillons de moût prélevés pendant le brassage commercial chez Beijing Yanjing Brewery Co. Les instruments ont servi à estimer la densité primitive, le maltose et l’azote aminé libre, ou FAN, trois paramètres qui aident à déterminer l’efficacité de la conversion du grain en matière fermentescible et, au final, le goût et la fermentation de la bière.

L’étude a montré que l’instrument le plus performant, un système NIR à transformée de Fourier, produisait des modèles très précis pour les trois cibles. Selon l’article, le coefficient de détermination dépassait 0,99 pour la densité primitive et le maltose, et était supérieur à 0,90 pour le FAN lorsque les chercheurs utilisaient des méthodes d’étalonnage multivarié. Les erreurs de prédiction étaient suffisamment faibles pour laisser penser que la technique pourrait être utilisée sur site pendant la production, et pas seulement en laboratoire.

La densité primitive est l’un des principaux indicateurs de la quantité de matière dissoute présente dans le moût ; elle aide à déterminer le degré alcoolique et le corps de la bière finie. Le maltose est un sucre fermentescible majeur, tandis que le FAN est un nutriment important pour la santé des levures et les performances de fermentation. Les brasseurs mesurent généralement ces valeurs avec des méthodes de laboratoire distinctes, qui prennent du temps et nécessitent une préparation des échantillons.

Les auteurs ont indiqué qu’un suivi en temps réel pourrait aider les brasseries à réagir plus vite aux variations des matières premières, de la température ou du timing d’empâtage. Si les niveaux de maltose sont trop faibles, par exemple, les brasseurs pourraient prolonger l’empâtage ou ajuster la température. Si le FAN est insuffisant, ils pourraient modifier les conditions du repos protéique ou apporter d’autres ajustements avant que la cuve ne passe à l’étape suivante.

La spectroscopie proche infrarouge est depuis longtemps utilisée dans l’analyse des aliments et des boissons parce qu’elle est rapide et non destructive. Mais son application au moût pendant l’empâtage est difficile car celui-ci contient plus de 90 % d’eau, ce qui crée de fortes bandes d’absorption susceptibles de masquer les signaux plus faibles des sucres et des composés azotés. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé des méthodes de prétraitement telles que la correction par variate normal standard et la correction multiplicative de diffusion, ainsi que des modèles statistiques incluant la régression PLS et la régression par vecteurs de support.

L’étude comparait trois systèmes compacts aux conceptions optiques différentes : un spectromètre Bruker Matrix-F à transformée de Fourier, un appareil JDSU MicroNIR à filtre variable linéaire et un spectromètre Axsun XL410 basé sur la technologie MEMS. Chacun a été testé dans des conditions industrielles à partir d’échantillons de moût prélevés pendant la phase enzymatique de l’empâtage, lorsque la saccharification est la plus active.

L’article indique que le système FT-NIR a offert les meilleures performances globales grâce à un rapport signal/bruit plus élevé et à une plage spectrale plus large. Les systèmes portatifs plus petits étaient moins puissants mais restaient prometteurs pour une utilisation en atelier grâce à leur compacité et à leur intégration plus facile dans les lignes de production.

Les chercheurs ont également relevé des contraintes pratiques importantes pour les brasseries, notamment les vibrations, les variations de température et les différences entre lots de matières premières. Selon eux, ces facteurs peuvent affecter les mesures spectrales et nécessiter des mises à jour du modèle au fil du temps si la technologie est déployée à grande échelle.

Pour les brasseries soumises à une pression croissante pour améliorer leur régularité tout en maîtrisant leurs coûts, l’intérêt de tels systèmes est évident : décisions plus rapides, moins de lots hors spécifications et moindre dépendance aux contrôles de routine en laboratoire. L’étude estime qu’un suivi NIR sur site pourrait réduire les coûts d’analyse tout en offrant aux brasseurs une vision plus claire de ce qui se passe dans la cuve d’empâtage au moment même où cela se produit.