Développement d'une imprimante 3D chocolat adaptée à la recherche et étude de l'impact du procédé d'impression 3D sur l'émission de composés organiques volatils du chocolat

Abstract

L’impression 3D d’aliments est une nouvelle technologie qui permet de produire des aliments au design complexe et unique. Divers aliments ont déjà été produits par le processus d’impression 3D et cette technologie permettra à l’avenir de produire de nombreux autres aliments aux propriétés spécifiques. Cependant, la technologie d’impression alimentaire n’en est encore qu’à ses débuts et doit être optimisée pour pouvoir être utilisée comme procédé de fabrication. En fait, il n’existe pas encore de ligne de production alimentaire utilisant une technologie d’impression alimentaire 3D. Même si l’on constate que des imprimantes 3D ont déjà été commercialisées pour les particuliers, elles restent encore dans une perspective de prototypage à petite échelle et non dans le but d’une production de masse d’objets personnalisés. Il est donc d’un grand intérêt de développer des dispositifs et des prototypes d’imprimantes 3D alimentaires afin de les optimiser et de les automatiser. Dans ce travail, nous allons élaborer et présenter en détail le développement d’un prototype d’imprimante 3D basé sur l’extrusion en utilisant des matériaux disponibles dans le commerce et des composants open source.

Le prototype d’imprimante 3D a été développé pour être utilisé dans le cadre d’expériences scientifiques et a donc été équipé de divers capteurs et outils spécifiques ; de nombreux capteurs de température et d’humidité ont été ajoutés ainsi qu’un capteur de nivellement et un refroidisseur afin de faciliter le processus d’impression 3D alimentaire tout en améliorant la qualité d’impression. Un enregistreur de données a été installé pour surveiller les températures d’impression, un paramètre crucial pour l’impression du chocolat. Le programme de l’imprimante ainsi que le préparateur du fichier d’impression ont été adaptés afin d’automatiser et faciliter l’impression: nivellement du plateau de façon précise, autotune du PID, arrêt d’impression automatique, étape d’essuyage de buse, de pré-extrusion et de stationnement hors zone d’impression ont été ajoutés à cet effet. Un refroidisseur a également été installé sur l’imprimante afin de contrer la diminution de la qualité d’impression lorsque les températures ambiantes augmentent, ainsi que pour accélérer la cristallisation du chocolat lors de l’impression de formes avec une plus grande inclinaison. Ce prototype optimisé permettra également d’augmenter la répétabilité du processus lors de l’impression de formes complexes, notamment celles imprimées en chocolat.

Cette imprimante optimisée a ensuite été utilisée dans une première étude de cas pour analyser le profil aromatique de chocolats. Dans cette étude, des échantillons en chocolat sous forme de plaque, cylindres et un gyroïde ont été réalisés et les composés organiques volatils émis par les différents chocolats ont été collectés à l’aide de cartouches de prélèvement. Ces échantillons ont été analysés par GC-MS afin de tenter d’identifier les composés émis par le chocolat. L’analyse de l’émission de COVs de différents modèles de chocolats a permis de mettre en évidence l’impact du processus de fabrication des échantillons sur la qualité des produits.