Découpe des produits alimentaires

Si l’ensemble des produits alimentaires sont, très souvent, présentés découpés, tranchés, émincés, morcelés, hachés ou râpés, les techniques de découpe doivent, en parallèle, répondre à des défis technologiques de plus en plus complexes.

En effet, ces techniques doivent satisfaire à des exigences de consommation liées à la forme du produit, à l’hygiène, à la cadence, à l’économie de la matière

La découpe des aliments est une opération unitaire très fréquente dans les chaines de production et de transformation agroalimentaire. En fait, il existe même des branches du secteur agroalimentaire ou la fabrication du produit se résume à une succession d’opérations de découpage telles que les ateliers de découpe des abattoirs, des fromages, des confiseries, des poissons ou de la viande.

Par ailleurs, ces opérations sont utilisées dans les industries agroalimentaires pour répondre aux exigences de forme et de poids constants. En effet, elles permettent d’obtenir de nouvelles formes originales pour séduire les consommateurs. En outre, les procédés de découpage donnent aux industriels la possibilité de fabriquer des portions à poids constants (à quelques grammes prés), en particulier dans les secteurs de la viande et du poisson.

Si l’ensemble des produits alimentaires sont, très souvent, présentés découpés, tranchés, émincés, morcelés, hachés ou râpés, les techniques de découpe doivent, en parallèle, répondre à des défis technologiques de plus en plus complexes.

En effet, ces techniques doivent satisfaire à des exigences de consommation liées à la forme du produit, à l’hygiène, à la cadence, à l’économie de la matière

La découpe des aliments est une opération unitaire très fréquente dans les chaines de production et de transformation agroalimentaire. En fait, il existe même des branches du secteur agroalimentaire ou la fabrication du produit se résume à une succession d’opérations de découpage telles que les ateliers de découpe des abattoirs, des fromages, des confiseries, des poissons ou de la viande.

Par ailleurs, ces opérations sont utilisées dans les industries agroalimentaires pour répondre aux exigences de forme et de poids constants. En effet, elles permettent d’obtenir de nouvelles formes originales pour séduire les consommateurs. En outre, les procédés de découpage donnent aux industriels la possibilité de fabriquer des portions à poids constants (à quelques grammes prés), en particulier dans les secteurs de la viande et du poisson.

Contraintes

La découpe des produits alimentaires doit répondre à plusieurs contraintes

Les contraintes des techniques de découpe sont liées généralement à la nature des matières premières à découper, aux produits finis à obtenir, aux conditions d’hygiènes, aux pertes de matière et à la cadence de découpe.

En effet, la nature de la matière première à découper varie selon sa texture (composition et état) : croûte + mie, os + muscle, génoise + pépites + crème, etc. De plus, la forme et les dimensions des produits à découper sont à prendre en compte : flux continu d’un produit défilant sur un convoyeur (pâtisserie, confiserie, etc.), objet individuel de dimension et de forme très variables : carcasses, légumes, fruits, tartes, pains... (Tableau 1)

Tableau 1 :Exemples de dimensions de découpe de produits alimentaires

Produits	Dimensions
Jambons, épaules	20 dm3
Tranches de jambon	300 cm2 × 0,3 cm
Parts de gâteaux	quelques 100 cm3
Tranches de pain ou de poisson	quelques 10 cm3
Cubes de macédoine de légumes ou de fruits	1 cm3

Par ailleurs, le découpage est souvent l’avant dernière étape avant le conditionnement du produit fini. Le découpage doit, ainsi, être réalisé dans des conditions d’hygiène rigoureuses pour éviter la contamination des produits alimentaires. Sachant que les principales sources de contamination des produits découpés sont : les outils et accessoires de découpe, l’air ambiant, le personnel, les surfaces en contact avec le produit, le produit lui-même et les déchets de coupe.

Afin de maîtriser ces risques sanitaires, de nombreuses réglementations existent, selon les secteurs d’activité. Celles-ci définissent les conditions de découpe : température des produits, température des locaux, nature des supports...

Pour s’intégrer aux chaînes de production agroalimentaires, les postes de découpage doivent pouvoir traiter plusieurs dizaines, à plusieurs centaines, de milliers de kg/h de matière, ce qui conduit à réaliser des dizaines de km/h de trait de découpe et à créer des centaines de m2/h de surface (Tableau2).

Tableau 2 : Exemples de cadences de découpe

Produits	Cadences courantes
Poulets	1 500 poulets/heure en 9 morceaux
Lapins	750 lapins/heure en 7 morceaux
Pâtisseries	1 tonne/heure soit plusieurs dizaines de milliers de biscuits ou barres par heure
Crèmes glacées	20 000 pièces par heure, pour les produits extrudés, en portion individuelle
Poisson	3 à 6 filets de poisson/min/personne

L’une des contraintes importantes sur lesquelles il faut se baser pour le choix de la technique de découpe est les pertes de matières. En effet, diminuer les pertes de matières engendre une augmentation des quantités du produit vendues et une réduction des couts relatifs à leur traitement.

Techniques de découpe

Il existe plusieurs techniques de découpe

Les techniques de découpe peuvent être classées selon :

• les outils de découpe ;
• le mode de déplacement de l’outil coupant par rapport au produit : unidirectionnel (l’outil se déplace dans une seule direction, perpendiculaire au produit à trancher), bidirectionnel (l’outil se déplace selon deux directions orthogonales), multidirectionnel;
• les applications (tableau 3).

Tableau 3 : exemple d’application de certaines techniques de découpe

Outils	Caractéristiques	Mode de déplacement	Applications
Scies	Outils rigides à arêtes tranchantes multiples	Bidirectionnel	*Produits durs, tels que les os et les produits surgelés ; *Produits élastiques et croûtés.
Ultrasons	Outils rigides (sonotrodes) à arêtes tranchantes uniques, animées d’un mouvement vibratoire à haute fréquence	Micro déplacements multidirectionnels et effet de guillotine (unidirectionnel)	*Produits fragiles ne tolérant pas de grandes déformations sous l’effet d’une lame : pâtisseries composites (mille feuilles...) ; * Produits riches en matière grasse et donc collants : fromages, charcuteries ; * Découpe en parts de produits ronds ; *Produits de grandes épaisseurs (60 à 200 mm) ; * Tranches fines (2 mm).
Jets d’eau hyperbares	Microflux à haute énergie, obtenu par un fin jet d’eau s’écoulant à très grande vitesse	La détermination du mode de déplacement de l’outil de découpe par rapport au produit est plus complexe à déterminer. On peut cependant le qualifier de bidirectionnel	*Produits élastiques et mous qui s’écrasent sous une lame : pâtisseries composites, lasagnes, gels, œufs, biscuits encore chauds... * Produits collants : confiseries, pâtisseries en sortie de four ; * Découpe selon des géométries complexes : biscuits figuratifs ; * Portionnement à poids fixe de filets de volailles et de poissons ; * Produits peu ou moyennement épais (e < 60 mm).
Lasers (essentiellement des lasers CO2)	Microflux à haute énergie, obtenu par une amplification de l’émission de photons d’une matière, conduisant à des faisceaux de rayonnement spatialement et temporellement cohérents.	Idem que pour le jet d’eau hyperbare	Peu de développement actuellement en agroalimentaire. Les essais mettent en évidence que cette technologie ne convient pas pour les produits ayant une surface trop irrégulière et/ou ayant une surface réfléchissante (produits surgelés).

Ultrasons et jet d’eau hyperbare

Parmi les techniques de découpe utilisées pour donner des formes aux produits alimentaires on cite la découpe par ultrasons et la découpe par jet d’eau hyperbare.

Les recherches et applications des technologies des ultrasons pour le découpage des produits alimentaires sont relativement récentes. Cette technologie s’est fortement développée compte tenu des solutions qu’elle apporte à de nombreuses problématiques de la découpe des aliments mous, collants, moelleux, friables et hétérogènes.

• Découpe par ultrasons

La découpe par ultrasons, par exemple, est une opération qui se fait à l’aide d’un outil appelé sonotrode et permet de diviser les produits selon une géométrie précise afin d’obtenir des morceaux de taille réduite qui répondent aux contraintes de fabrication et/ou de commercialisation. Ce ne sont pas les ultrasons qui assurent la découpe. Ces derniers sont, en effet, appliqués à une lame possédant une géométrie particulière. En vibrant à haute fréquence (20 kHz), cette lame fait des microdéplacements d’une amplitude variant entre 50 et 100 μm. Le fil de lame est alors soumis à une grande accélération mécanique de l’ordre de 105 g, ce qui provoque la rupture du matériau sous la lame.L’amplification est fonction du produit à traiter : plus celui-ci est mou et moins il y aura d’amplification. En parallèle à cette vibration de la lame, on réalise une descente de l’outil de découpe. La découpe se fait, donc, sans compression du produit et sans frottement, ce qui permet d’obtenir de très belles surfaces de coupe même avec des produits très collants ou très fragiles.

De part les principes mis en œuvre, les avantages de la découpe par les ultrasons sont nombreux. En effet, cette technique permet :

• de découper des produits fragiles, instables, collants;
• d’avoir peu de contact entre l’outil de découpe et le produit, ce qui assure un bon niveau d’hygiène de la découpe ;
• de réduire les pertes liées à la découpe (peu de brisures, peu de miettes, pas de problèmes de « beurrage »...) ;
• de contrôler la précision de l’épaisseur des tranches (0,1 mm), garantissant ainsi une bonne répétitivité du poids des tranches ;
• de faciliter de réglage des paramètres de découpe ;
• de traiter des produits épais possible (de l’ordre de 150 mm de hauteur) ;
• d’être intégrée facilement dans une ligne de fabrication ;
• d’avoir une très bonne qualité de coupe, quel que soit le produit ;
• de n’avoir aucune influence de la température.

La découpe par ultrasons permet, ainsi, de répondre à de nombreux objectifs et contraintes de la découpe : qualité de présentation, économie de matière (peu de brisures).

• Découpe par jet hyperbare

Quant à la découpe par jet hyperbare, elle a été utilisée, au début, pour l’usinage des matériaux puis dans l’industrie agroalimentaire. Le découpage au jet d’eau hyperbare est une opération appartenant aux opérations unitaires de réduction dimensionnelle qui se fait à l’aide d’un jet d’eau à très grande vitesse. En outre, elle permet de diviser les matériaux solides selon une géométrie précise afin d’obtenir des morceaux de taille réduite ou de séparer les parties différentes, afin de répondre aux contraintes de fabrication et de marché.

La découpe au jet d’eau hyperbare repose sur l’utilisation de la pression et du débit comme vecteur d’énergie. L’eau est projetée à très grande vitesse (600 à 1 000 m/s), à des débits allant de 1 à 15 litres par minute (selon le nombre de têtes), sous forme d’un filet d’eau continu de faible diamètre (0,08 à 0,5 mm), sur l’aliment à découper. Le filet d’eau est obtenu par passage du fluide de découpe dans une buse, dont la configuration varie selon le type de fluide. Le débit d’écoulement de l’eau de découpe est défini à partir du diamètre calibré de la buse et de la pression de l’eau.

De nombreux avantages ressortent de l’utilisation de la technique de découpe par jet d’eau hyperbare. En effet, cette technique permet :

• une vitesse de coupe élevée, absence de dépouille, absence de déformation mécanique par écrasement de l’aliment, grande précision;
• une hygiène de la technologie : l’outil de découpe étant en permanence renouvelé il ne peut pas être le vecteur de contamination de tranche en tranche. Les risques de contamination croisée sont donc éliminés ;
• une grande propreté : la matière arrachée par le jet d’eau est entraînée par celui-ci et facilement collectable (absence de poussière) ;
• une facilité à intégrer dans un process et facile à mettre en œuvre : paramètres de découpe limités (pression, diamètre d’orifice, vitesse de coupe, granulométrie et débit d’abrasif dans le cas de la découpe hydroabrasive) ;
• une grande polyvalence : découpe aisée de produits multicouches, comme des produits plus classiques. S’applique à des aliments de fermeté variable.

Cependant, la technologie présente quelques inconvénients, notamment :

• un niveau sonore élevé : près de 80 dB dans l’air ;
• une moins grande netteté du trait de coupe, en particulier dans le cas de produits à forte épaisseur (plusieurs centimètres) ;
• un coût d’investissement élevé par rapport aux technologies conventionnelles.

Pour en savoir plus

www.sinematic.fr

www.eurocutting.com

www.mecaprocess.fr