Crèmes glacées : fabrication, impact environnemental et données économiques

Structure physico-chimique de la crème glacée

 

Selon le Code européen des glaces de consommation, le terme « crème glacée » est réservé à un produit qui (i) est conforme à la définition de base des glaces de consommation (c’est-à-dire des denrées alimentaires qui ont été congelées de l’état liquide à une texture plus visqueuse et qui sont conservées, transportées, vendues et consommées à l’état congelé) ; et (ii) est une émulsion généralement composée d’eau et/ou de lait, de matières grasses, de protéines et de sucres.^[1]

 

D’un point de vue physico-chimique, la crème glacée peut être considérée à la fois comme une émulsion, une dispersion et une mousse.^[2] La dispersion et l’émulsion consistent principalement en une phase sérique aqueuse concentrée par congélation et contenant du sucre ainsi que les teneurs en extrait sec entourant les cristaux de glace et les globules gras dispersés. La mousse est formée par des poches d’air dispersées dans toute l’émulsion et est soutenue par des globules gras partiellement fusionnés.^[3] La crème glacée peut donc être définie comme une matrice alimentaire complexe constituée d’un mélange multiphasique congelé contenant des cristaux de glace, des bulles d’air et des globules gras partiellement fusionnés dans une phase sérique non congelée.^[4]

 

Ces structures affectent la qualité du produit et la durée de conservation.^[2] Par exemple, la taille des cristaux est largement reconnue comme un facteur critique dans le développement d’une texture lisse et crémeuse recherchée par les consommateurs.^[5]

 

 

 

Étapes de congélation dans la fabrication de la crème glacée

 

Malgré la grande variété de crèmes glacées et de glaces de consommation, le processus de fabrication de la plupart de ces produits implique généralement les étapes suivantes : ^[8]

• Préparation d’un mélange liquide d’ingrédients ; 
• Pasteurisation du mélange pour détruire les bactéries pathogènes ;
• Homogénéisation pour obtenir des globules gras d’une taille d'environ 1 µm chacun ;
• Maturation du mélange afin d'améliorer les qualités de brassage ainsi que le corps et la texture de la crème glacée ^[9] ;
• Glaçage (ou pré-congélation) pour obtenir un onctueux coulis semi-congelé ;
• Ajout d’ingrédients aromatisants à ce mélange partiellement congelé ;
• Emballage ou mise en forme du produit ;
• Nouvelle étape de congélation du produit pour le durcir.

 

En règle générale, il y a deux étapes de congélation dans la fabrication de la crème glacée : le glaçage et le durcissement.

 

Première étape de congélation : le glaçage (ou pré-congélation)

 

Lors du glaçage (ou pré-congélation), qui se produit à environ −5 °C, près de la moitié de l’eau contenue dans le mélange homogène d’ingrédients est congelée rapidement, et de l’air est également incorporé dans le produit.^[5] Les structures de la crème glacée (par exemple, les cristaux de glace, les cellules d’air, les globules gras agglomérés) se forment au cours de cette étape de glaçage. Des inclusions ou des particules (par exemple, des pépites de chocolat, des noix, des fruits) et des panachures (par exemple, du caramel ou de la guimauve) peuvent ensuite être ajoutées. Puis, le coulis de crème glacée à environ −6 °C est emballé dans un contenant pour la vente au détail.^[3,10]

 

L’étape de pré-congélation s’effectue dans un congélateur à surface raclée fonctionnant de façon discontinue (c’est-à-dire une charge à la fois) ou en continu.^[11] Les congélateurs continus dominent l’industrie de transformation à moyenne et grande échelle, tandis que les congélateurs discontinus sont limités aux petits transformateurs, aux détaillants (notamment les restaurants), et aux applications de développement de produits.^[8]

 

Dans un congélateur à surface raclée typique, le mélange est rapidement refroidi contre la paroi d’un tonneau cylindrique hautement réfrigéré. Les cristaux de glace se forment et grossissent au niveau de la paroi ou non loin de celle-ci et potentiellement dans un liquide sous-refroidi. Les lames du racleur rotatif brisent les cristaux initialement formés pour les ramener au centre du mélange (où la température moyenne est plus proche de −4 °C à −6 °C), provoquant la fragmentation et la fonte partielle des cristaux de glace initiaux.^[11]

 

Seconde étape de congélation : le durcissement de la crème glacée

 

Après l’emballage vient la seconde étape de congélation, aussi appelée durcissement. Les contenants de crème glacée sont placés dans un congélateur à air soufflé pour durcissement jusqu’à ce que la température au cœur du mélange atteigne environ −18 °C. Cela peut prendre environ deux heures, avec un taux de refroidissement d’environ 0,1 °C/min.^[5] Au cours de cette étape, les cristaux de glace précédemment formés grossissent en fonction de la diminution de la température.^[12] L’étape de durcissement s’effectue dans des congélateurs à convection à air soufflé, tels que les tunnels durcisseurs à circulation d’air forcée, ou les congélateurs à conduction à plaques, pour réduire la température interne entre −25 et −30 °C.^[8]

Le produit final est conservé à des températures allant de −23 à −18 °C avant d’être distribué au consommateur.^[5]

 

Recommandations pour l’entreposage et la durée de conservation de la crème glacée

 

La crème glacée doit être conservée au froid avec des fluctuations de température minimales tout au long de la chaîne du froid, de l’entrepôt frigorifique de l’usine à celui du détaillant et au congélateur sur le point de vente.^[13] Toute fluctuation de la température d’entreposage provoque la fonte et la reformation des cristaux de glace. Cette recristallisation entraîne une texture granuleuse du produit, ce qui réduit son attrait pour les consommateurs. L’extrême sensibilité de la crème glacée à la fois aux températures élevées et aux fluctuations de température rend le produit plus vulnérable face aux mauvaises conditions de transport que la plupart des autres denrées congelées.^[14]

• Pendant le transport, la température doit être maintenue à −20 °C ou plus basse de préférence.^[14]
• Chez le détaillant, plusieurs sources s’accordent à dire qu’une température de −18 °C ne doit pas être dépassée.^[14–17]
• Chez le consommateur, selon l’IDFA (International Dairy Foods Association), la crème glacée doit être conservée dans la partie principale du congélateur domestique, qui doit être réglée à une température comprise entre −20 °C et −18 °C. L’IDFA recommande d’éviter de laisser la crème glacée ramollir puis de la re-congeler à plusieurs reprises.^[17]

 

Durée de conservation de la crème glacée

 

La durée de conservation désigne la durée pendant laquelle un produit alimentaire peut être conservé avant de perdre ses qualités physiques, chimiques ou sensorielles au point de devenir impropre à la vente.^[18]

Des chercheurs ont tenté d'évaluer la durée de conservation de la crème glacée en effectuant des tests accélérés.^[18] Selon les études, la durée de conservation de la crème glacée peut aller de plusieurs mois à quelques jours en fonction de la température.^[18,19] Les limites de la durée de conservation de la crème glacée sont principalement liées à la recristallisation de la glace ou à d'autres modifications qui entraînent des défauts structurels ou de texture.^[19]

Selon les recommandations de l'IIF pour les aliments congelés, la crème glacée peut être conservée à -24 °C pendant 2 ans, à -18 °C pendant 6 mois et à -12 °C pendant 1 mois.^[14]

 

Qualité microbiologique de la crème glacée et sécurité alimentaire

 

L’état congelé empêche généralement la prolifération d’organismes pouvant altérer la qualité de la crème glacée. La croissance microbienne peut être source de préoccupation pendant l'important traitement qui suit l'étape de pasteurisation. Ainsi, des agents pathogènes d’origine alimentaire peuvent contaminer la crème glacée après le traitement thermique des environnements de travail ou par l’ajout d’ingrédients contaminés.

Dans l’ensemble cependant, très peu de cas de maladies liées à l’ingestion de crème glacée ont été enregistrées.^[4] Plusieurs normes d’hygiène s’appliquent lors de la transformation de denrées alimentaires ou de produits d’origine animale utilisés pour préparer des glaces de consommation.^[1,20]

 

Le marché mondial de la crème glacée

 

En 2021, le marché mondial de la crème glacée était estimé à environ 70 à 80 milliards de dollars et devrait atteindre 90 à 100 milliards de dollars au cours des cinq prochaines années.^[21,22]

Selon les données de la base COMTRADE des Nations Unies, l’Europe a dominé les exportations mondiales de crème glacée en 2021. L’Allemagne était le plus grand exportateur de crème glacée, suivie de la France, de la Belgique et des Pays-Bas. Les États-Unis occupaient le 7^e rang parmi les exportateurs de crème glacée dans le monde et la Chine le 12^ème.^[23,24]

 

En 2021, 5,9 milliards de litres de crème glacée ont été produits aux États-Unis ^[21] et plus de 3,1 milliards de litres dans l’UE.^[25] En 2021, l’Allemagne était le principal producteur parmi les États membres de l’UE, avec 614 millions de litres de crème glacée, suivie de la France (459 millions de litres) et de l’Italie (381 millions de litres).^[25]

Selon les analystes d’études de marché, la région Asie-Pacifique devrait connaître le taux de croissance le plus élevé, en raison d’une augmentation de la demande des économies émergentes telles que l’Inde, la Chine et l’Indonésie entre autres. La région LAMEA (Amérique latine, Moyen-Orient et Afrique) devrait également afficher une croissance significative au cours de la période de prévision, en raison de la hausse de la demande de crèmes glacées chez les jeunes populations et la classe moyenne émergente. La région LAMEA représentait un sixième du marché mondial de la crème glacée en 2020, et le Brésil constituait près de la moitié de la part du marché des crèmes glacées de la région.^[26]

 

 

 

 

Impact environnemental de l’industrie de la crème glacée

 

Consommation d’énergie et émissions de CO₂

 

Une équipe de chercheurs britanniques a mené une analyse complète du cycle de vie de la crème glacée en utilisant comme objet d’étude des crèmes glacées à la vanille et au chocolat, les produits leaders du marché. Sur la base d’une consommation annuelle de crème glacée au Royaume-Uni de 404 kt, ils ont estimé que le secteur consomme environ 17,3 PJ d’énergie primaire par an et émet 1,5 Mt d’éq CO₂. Les émissions de CO₂ du secteur de la crème glacée représentent ainsi 1,8 % des émissions de GES de l’ensemble du secteur des aliments et des boissons au Royaume-Uni.^[27]

Les chercheurs ont constaté que l’impact environnemental de la fabrication de crème glacée était principalement attribuable à la consommation d’énergie, en particulier en raison des processus de durcissement et de stockage à l’état congelé. Les impacts calculés étaient influencés par la durée de conservation de la crème glacée à l’état congelé chez le fabricant et le détaillant ainsi que par le type de frigorigène utilisé. Par exemple, en réduisant la durée de conservation chez le fabricant de 30 jours (durée de référence) à 15 jours, la demande d'énergie a diminué de 5 %.^[27]

 

Impact environnemental des frigorigènes utilisés dans la fabrication et la vente au détail de crème glacée

 

L’ammoniac est utilisé depuis longtemps et demeure le frigorigène le plus couramment employé dans la fabrication de crème glacée à grande échelle.^[12]

Le R404A est un HFC également très répandu dans la fabrication de crème glacée, malgré son PRP élevé de 4200. Les auteurs d’une étude sur la viscosité de la crème glacée ont décrit un congélateur à surface raclée discontinu. Le congélateur était constitué d'un réservoir cylindrique à double paroi d'une capacité de 500 ml. Ce réservoir était couplé à un système de refroidissement primaire utilisant du R404A et un bain de refroidissement secondaire utilisant de l'éthylène glycol. Ce système pouvait atteindre une température de bain d'environ −30 °C. L'éthylène glycol refroidi circulait à l'intérieur de la double paroi du congélateur. Pendant le processus de cristallisation, la consommation d'énergie augmentait progressivement à mesure que la température de la phase semi-congelée diminuait. Les auteurs ont observé que l'augmentation de l'énergie consommée par le moteur d'agitation du congélateur était proportionnelle à l'augmentation de la fraction des cristaux formés, et donc liée à l'augmentation de la viscosité de la crème glacée, caractéristique qui détermine sa qualité.^[2]

 

Compte tenu du PRP élevé du R404A, des frigorigènes alternatifs sont nécessaires pour la fabrication de crème glacée. Par exemple, un mélange R290/DME (propane/dimethyl ether) a été testé dans une étude. L’auteur a constaté que le temps de formation de la crème glacée était plus court et que le COP était plus élevé que ceux d’un système au R404A.^[28] Au Royaume-Uni, un fabricant de crème glacée s’est récemment équipé d’une technologie de congélation économe en énergie utilisant le CO₂ comme frigorigène.^[29]

 

Au stade de la vente au détail et selon le PNUE, les HFC les plus couramment utilisés dans la distribution et les services alimentaires existants sont le R404A et le R134a (PRP 1360).^[30] Les systèmes commerciaux autonomes sont pour la plupart passés au R290 (PRP <1).^[30] Les auteurs de l’analyse du cycle de vie de l’industrie britannique de la crème glacée ont comparé les impacts du R134a, du R152a et de l’ammoniac au stade de la vente au détail. Ils ont constaté que l’utilisation du R152a ou de l’ammoniac réduirait l’appauvrissement de la couche d’ozone jusqu’à 95 %. Le R152a diminuerait le potentiel de réchauffement planétaire de 1,1 %. Selon les auteurs, l’impact environnemental de l’industrie de la crème glacée pourrait être atténué en réduisant la durée de conservation et en utilisant des frigorigènes à faible PRP.^[27]

 

Liens utiles pour plus d’informations

 

 

 

Remerciements

 

Ce document de synthèse a été préparé par Monique Baha (siège de l'IIR), corrigé par Dr Antonina Tvorogova (membre de la commission C2 « Sciences et ingénierie alimentaires » de l’IIF), Pr Adisa Azapagic (Université de Manchester) et Dr Laurence Stamford (Université de Manchester). Il a été relu par Nathalie de Grissac et Zoé Martin, sous la supervision de Jean-Luc Dupont (Chef du Département de l'information scientifique et technique).

 

 

Références

[1] European Ice Cream Association. (2017, November 22). Code for Edible Ices, version 2013. EuroGlaces. https://www.euroglaces.eu/code-edible-ices

[2] De la Cruz Martínez, A., Delgado Portales, R. E., Pérez Martínez, J. D., González Ramírez, J. E., Villalobos Lara, A. D., Borras Enríquez, A. J., & Moscosa Santillán, M. (2020). Estimation of Ice Cream Mixture Viscosity during Batch Crystallization in a Scraped Surface Heat Exchanger. Processes, 8(2), 167. https://doi.org/10.3390/pr8020167

[3] Cook, K. L. K., & Hartel, R. W. (2010). Mechanisms of Ice Crystallization in Ice Cream Production. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 9(2), 213–222. https://doi.org/10.1111/j.1541-4337.2009.00101.x

[4] Nalbone, L., Vallone, L., Giarratana, F., Virgone, G., Lamberta, F., Marotta, S. M., Donato, G., Giuffrida, A., & Ziino, G. (2022). Microbial Risk Assessment of Industrial Ice Cream Marketed in Italy. Applied Sciences, 12(4), 1988. https://doi.org/10.3390/app12041988

[5] Mo, J., Groot, R. D., McCartney, G., Guo, E., Bent, J., van Dalen, G., Schuetz, P., Rockett, P., & Lee, P. D. (2019). Ice Crystal Coarsening in Ice Cream during Cooling: A Comparison of Theory and Experiment. Crystals, 9(6), 321. https://doi.org/10.3390/cryst9060321

[6] Sitnikova, P. B., & Tvorogova, A. A. (2019). Physical changes in the structure of ice cream and frozen fruit desserts during storage. Food Systems, 2(2), 31–35. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2019-2-2-31-35

[7] Scarborough college. (2010, June 6). IB Group 4 " Ice-cream project ": Practical 4 - Investigating the fat and air content of the ice cream under a microscope. IB Group 4 " Ice-Cream Project ". http://g4icecreamproject.blogspot.com/2013/06/practical-4-investigating-fat-and-air.html

[8] Goff, H. D., & Hartel, R. W. (2013). Chapter 1—The Ice Cream Industry. In H. D. Goff & R. W. Hartel (Eds.), Ice Cream (pp. 1–17). Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6096-1_1

[9] Goff, H. D. (2021). Ageing of Mix. In Ice Cream Technology eBook (University of Guelph). https://books.lib.uoguelph.ca/icecreamtechnologyebook/chapter/ageing-of-mix/

[10] Hartel, R. (2019). Engineering Frozen Desserts. Chemical Engineering Progress, 115(5), 39–43. https://www.aiche.org/resources/publications/cep/2019/may/engineering-frozen-desserts

[11] Mo, J., Guo, E., McCartney, D. G., Eastwood, D. S., Bent, J., Van Dalen, G., Schuetz, P., Rockett, P., & Lee, P. D. (2018). Time-Resolved Tomographic Quantification of the Microstructural Evolution of Ice Cream. Materials, 11(10), 2031. https://doi.org/10.3390/ma11102031

[12] Goff, H. D., & Hartel, R. W. (2013). Chapter 7—Freezing and Refrigeration. In H. D. Goff & R. W. Hartel (Eds.), Ice Cream (pp. 193–248). Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6096-1_7

[13] European Ice Cream Association. (2017, November 22). Ice Cream Storage. EuroGlaces. https://www.euroglaces.eu/ice-cream-storage

[14] Bogh-Sorensen, L., & IIF-IIR. (2006). Recommendations for the processing and handling of frozen foods. International Institute of Refrigeration. https://iifiir.org/en/fridoc/recommendations-for-the-processing-and-handling-of-frozen-foods-4097

[15] British Frozen Food Federation (BFFF). (2017). Guide to the storage and handling of frozen foods. BFFF (British Frozen Food Federation). https://bfff.co.uk/wp-content/uploads/2013/06/2017-Gold-Book.pdf

[16] Direction générale de la concurrence, de la consommation et de la répression des fraudes (DGCCRF). (2021, July 12). Glaces, sorbets et crèmes glacées: Comment les conserver ? https://www.economie.gouv.fr/dgccrf/Publications/Vie-pratique/Fiches-pratiques/Glaces-cremes-glacees-sorbets

[17] IDFA - International Dairy Foods Association. Tips on Storing & Handling Ice Cream. IDFA. Retrieved 4 May 2022, from https://www.idfa.org/tips-on-storing-handling-ice-cream

[18] Park, J.-M., Koh, J.-H., & Kim, J.-M. (2018). Predicting Shelf-life of Ice Cream by Accelerated Conditions. Korean Journal for Food Science of Animal Resources, 38(6), 1216–1225. https://doi.org/10.5851/kosfa.2018.e55

[19] Goff, H. D., & Hartel, R. W. (2013). Chapter 12—Shelf Life. In H. D. Goff & R. W. Hartel (Eds.), Ice Cream (pp. 353–378). Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6096-1_12

[20] Goff, H. D., & Hartel, R. W. (2013). Chapter 13—Cleaning and Sanitizing for Microbiological Quality and Safety. In H. D. Goff & R. W. Hartel (Eds.), Ice Cream (pp. 379–401). Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6096-1_13

[21] IDFA - International Dairy Foods Association. (2022). Ice Cream Sales & Trends. IDFA. https://www.idfa.org/ice-cream-sales-trends

[22] Ministry for Primary Industries. (2022, February). New Zealand ice cream trade. https://www.mpi.govt.nz/dmsdocument/42357/direct

[23] OEC - The Observatory of Economic Complexity. (2020). World trade of ice cream and other edible ice. OEC - The Observatory of Economic Complexity. https://oec.world/en/profile/hs/ice-cream-and-other-edible-ice

[24] United Nations. (2022). UN Comtrade: International Trade Statistics. https://comtradeplus.un.org/TradeFlow

[25] Eurostat. (2022, August 29). Where does your ice cream come from? https://ec.europa.eu/eurostat/web/products-eurostat-news/-/edn-20220829-1

[26] Allied Market Research. (2022). Ice Cream Market Size, Share & Trends. Analysis Forecast 2031. Allied Market Research. https://www.alliedmarketresearch.com/ice-cream-market

[27] Konstantas, A., Stamford, L., & Azapagic, A. (2019). Environmental impacts of ice cream. Journal of Cleaner Production, 209, 259–272. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.10.237

[28] Kim, N.-H. (2016). Application of the Natural Refrigerant Mixture R-290/DME to a Soft Ice Cream Refrigerator. International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, 24(04), 1650027. https://doi.org/10.1142/S2010132516500279

[29] Starfrost Ltd (UK). (2021, August 3). Starfrost Helix spiral freezer delivers energy efficiency benefits at Mackie’s of Scotland. British Frozen Food Federation (BFFF). https://bfff.co.uk/starfrost-helix-spiral-freezer-deliveres-energy-efficiency-benefits-at-mackies-of-scotland/

[30] UNEP. (2021). Refrigeration, Air Conditioning and Heat Pumps TOC (RTOC) Progress Report. In Technology and Economic Assessment Panel (TEAP) 2021. Progress Report (Volume 1). https://ozone.unep.org/node/11983