Pendant la période de récolte, la composition de la sève change en fonction de nombreux facteurs, tels que le métabolisme des arbres et l’action des micro-organismes qui colonisent les systèmes de collecte et les équipements de transformation.

La présence de certains composés, combinée à une charge microbienne accrue surtout vers la fin de la saison, rend la sève plus sujette à un moussage excessif et à des débordements lors de son ébullition pour la production de sirop. Lorsque le moussage devient excessif, il est parfois nécessaire d’utiliser un agent de contrôle de la mousse, communément appelé « antimousse » en acériculture, pour éviter les débordements problématiques (baisse de productivité, perte de produit, défis de nettoyage, enjeux de sécurité, etc.).

La formation de la mousse n’est pas un phénomène exclusif à la production de sirop d’érable, et l’utilisation d’agents de contrôle de la mousse présente généralement un intérêt technique et économique dans l’industrie alimentaire, car ils sont peu coûteux, efficaces et faciles à utiliser. Les antimousses sont considérés comme des auxiliaires de transformation dans la production de sirop d’érable et sont actuellement tolérés dans l’industrie sous certaines conditions, selon les normes strictes régissant la pureté des produits de l’érable. Seulement de petites quantités doivent être utilisées pendant la production, et uniquement lorsque vraiment nécessaire. Bien que ce type d’intervention réduise considérablement la quantité d’antimousse ajoutée, la concentration maximale autorisée pour un auxiliaire de transformation peut facilement être dépassée en cas de moussage important, entraînant parfois des problèmes de qualité. Cela est particulièrement problématique en production biologique, qui exige l’utilisation de produits biologiques certifiés, principalement des huiles végétales (carthame, canola et tournesol), comme antimousse. Ces huiles ne sont pas, à proprement parler, des antimousses et sont beaucoup moins efficaces. La quantité ajoutée peut parfois être excessive et entraîner des problèmes de qualité tels qu’une texture huileuse et des saveurs altérées. C’est dans ce contexte que le Centre ACER, en collaboration avec le MAPAQ, a développé et testé en 2017 et 2018 une technique de contrôle de la mousse efficace, facile à utiliser et peu coûteuse, ne nécessitant pas l’utilisation d’antimousse.

Le prototype antimousse

Le prototype développé par le Centre ACER consiste en un circuit de tuyauterie placé au-dessus de la sève en ébullition dans les casseroles de l’évaporateur et qui utilise la recirculation d’un liquide (eau potable ou filtrat) pour contrôler le niveau de mousse. Ce circuit est composé d’acier inoxydable (SS316), visant à offrir une couverture de surface optimale dans chaque casserole. Cet acier de qualité alimentaire a été choisi en raison de sa haute résistance aux conditions d’opération en acériculture (températures élevées, produits de nettoyage et de désinfection). La figure 1 présente le prototype installé dans les casseroles à plis (à gauche) et à fond plat (à droite). La hauteur du prototype au-dessus de la sève en ébullition est ajustable. Le débit et la température de l’eau potable qui circule dans le prototype peuvent être contrôlés pour chaque casserole individuellement et être activés uniquement lorsque nécessaire. Le dispositif fonctionne en circuit fermé (figure 2), sans contact direct entre le fluide circulant dans le dispositif et la sève en ébullition.

Les tests préliminaires effectués

De la sève de fin de saison concentrée à 15 °Brix a été utilisée pour les tests afin de s’assurer d’avoir une bonne capacité moussante. Avant son entrée dans l’évaporateur, la sève a été préchauffée à 70 °C. Les tests ont été réalisés avec un petit évaporateur commercial (19 po x 48 po) comprenant deux casseroles à plis et trois casseroles à fond plat. Les paramètres de cuisson de l’évaporateur ont été ajustés pour favoriser un moussage excessif (près du débordement) et le niveau de sève a été maintenu à 2 po dans les plis et les plats. Les tests (11) ont été réalisés en utilisant le prototype dans différentes conditions et sans ajout d’antimousse. L’efficacité du prototype à contrôler la mousse a été évaluée par comparaison à l’antimousse liquide (Atmos 300K) ajouté en continu à l’aide d’un doseur d’antimousse (1 essai) ou ajouté manuellement au besoin (1 essai).

L’utilisation du prototype

Les conditions d’utilisation du prototype ont été choisies pour représenter des situations extrêmes afin de tester les limites du procédé en faisant varier sa hauteur au-dessus du niveau de sève dans les plis et les plats; ainsi qu’en faisant varier le débit et la température de l’eau en circulation. De l’eau potable a été utilisée pour ces tests.

Pour évaluer les performances du prototype, plusieurs paramètres de production ont été « surveillés », notamment la température et le volume d’eau circulant dans le prototype, ainsi que le taux de traitement de la sève dans l’évaporateur, le débit de sortie de sirop et le taux d’évaporation. Nous avons ainsi pu constater que la quantité totale d’eau nécessaire au prototype pour contrôler le niveau de mousse jusqu’à la cible souhaitée est relativement élevée, même à faible débit, ce qui justifie l’opération en circuit fermé. Le prototype était activé dans les casseroles à plis dès le début de chaque test, au moment où la mousse atteignait le point de débordement. Dans les casseroles à fond plat, le système a généralement dû être activé juste avant la première sortie de sirop pour maintenir le niveau de mousse à la hauteur cible. L’intensité de chauffage dans l’évaporateur était tellement élevée et la qualité de la sève si propice au moussage que le prototype a dû fonctionner en continu jusqu’à la fin des tests. Malgré cela, aucun antimousse n’a été nécessaire pendant tous les essais avec le prototype. Bien que nous ayons observé un réchauffement de l’ordre de 10 à 12 °C en moyenne de l’eau qui circule dans le prototype durant son passage dans les casseroles, ce réchauffement n’a pas affecté son efficacité dans les conditions d’opération testées.

L’efficacité de contrôle de la mousse

Les paramètres de fonctionnement de l’évaporateur ont été ajustés pour favoriser un moussage excessif. La figure 3 (photo de gauche) présente la casserole à plis au début des essais, avant la mise en marche du prototype, lorsque la mousse atteint le point de débordement. La photo de droite montre que le niveau de mousse baisse rapidement dès que l’eau commence à circuler dans le prototype. Cet effet a été observé dans toutes les conditions de fonctionnement du prototype utilisées (indépendamment de la température de l’eau, de son débit ou de la hauteur du prototype au-dessus de la sève dans les plis et les plats).

Dans tous les cas, la mousse n’a jamais été totalement éliminée, mais son niveau a pu être maintenu à la hauteur cible. L’effet observé semble être étroitement lié à la différence de température entre la vapeur contenue dans les bulles de gaz de la mousse et l’air « froid » autour du prototype (choc thermique).

Effets sur la production de sirop

Dans l’ensemble, un léger ralentissement du procédé a été observé avec l’utilisation du prototype (par exemple, un temps de production un peu plus long et un taux d’évaporation légèrement plus faible) comparativement à l’utilisation de l’antimousse liquide. Cela est possiblement attribuable au léger effet de refroidissement de la sève dans l’évaporateur provoqué par l’utilisation du prototype. Il faut rappeler que les essais ont été réalisés avec de la sève de fin de saison ayant une capacité de moussage très élevée, ce qui laisse à penser que le système pourrait être plus efficace en conditions normales de production. Bien que les résultats obtenus avec le prototype soient relativement similaires dans toutes les conditions d’utilisation, certaines tendances générales ont pu être dégagées. Un faible niveau de mousse permet un meilleur contrôle du processus d’évaporation. Dans les conditions utilisées lors des tests, les réglages du prototype qui semblent offrir des performances similaires à celles obtenues avec l’ajout manuel de l’antimousse liquide ont été :

Hauteur du prototype au-dessus de la sève : 1 po dans les plis et les plats
Débit faible d’eau dans le prototype : 168 (plis) et 135 L/h (plats)
Température de l’eau dans le prototype : 20 °C

Effet sur la qualité du sirop d’érable

La qualité du sirop d’érable était relativement similaire dans tous les tests, à l’exception de la couleur. En effet, le sirop obtenu avec le prototype (toutes conditions confondues) présentait une transmittance plus faible en moyenne (sirop plus foncé) : 36,1 ± 1,4 %, contre 40,2 % pour le sirop produit avec l’ajout d’antimousse liquide. Ce résultat concorde avec le ralentissement du processus d’évaporation observé avec le prototype. Par ailleurs, l’utilisation de l’antimousse liquide en mode continu a affecté la qualité du sirop d’érable. L’altération de la saveur et une texture grasse ont été détectées et attribuées à une quantité trop importante d’antimousse.

Conclusion

L’objectif de ce projet était de développer un système de contrôle de la mousse dans la production de sirop d’érable qui soit efficace, facile à utiliser, peu coûteux et qui ne nécessite pas l’utilisation d’un antimousse. Les tests préliminaires ont permis de faire la preuve de concept qu’il est possible de contrôler le niveau de mousse en faisant circuler un fluide plus froid à travers un réseau de tuyaux en acier inoxydable placés au-dessus de la sève en ébullition dans les casseroles d’un évaporateur, et ce, malgré un certain ralentissement du procédé. Les tests se sont avérés concluants malgré les conditions extrêmes utilisées (sève de moins bonne qualité et températures d’évaporation élevées). D’autres travaux sont maintenant nécessaires pour optimiser le système et l’intégrer dans les opérations de fabrication de sirop d’érable
(ex. préchauffage de la sève ou du filtrat pour le nettoyage des équipements, etc.). Il est important de souligner que cette technique prometteuse préserve la pureté et l’intégrité du sirop d’érable, puisqu’aucune substance n’est ajoutée à la sève ou au concentré de sève pendant sa transformation dans l’évaporateur.  

Ce projet a été financé grâce à la participation du ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec par l’entremise du Partenariat canadien pour une agriculture durable.