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UNIVERSITÉ DE TECHNOLOGIE COMPIÈGNE Département Génie des Procédés Industriels

UNIVERSITÉ DE TECHNOLOGIE COMPIÈGNE Département Génie des Procédés Industriels Structuration et texturation des aliments • Rhéologie • Texture • Texturation Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 2 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 3 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 4 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 5 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 6 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 7 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 8 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 9 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 10 Sauce de Cabillaud Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 11 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 12 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 13 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 14 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 15 Biodisponibilité et microstructure Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 16 Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 17 Sources à consulter • Site de l’UV TF16 • Polycopié • Cours Rhéologie des poudres • TD énoncés/corrigés • Examens • Ouvrage de Steffe • A télécharger • Autres ouvrages http://www4.utc.fr/~tf16/ Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 18 Introduction à la rhéologie • Définitions • Etude de la déformation et de l’écoulement de la matière (Bingham, 1928) • Etude des propriétés d’un matériau qui gouvernent la relation entre la contrainte et la déformation (Dealy, 1982). • « La rhéologie est la science qui étudie l’écoulement des matériaux réels sous l’action de contraintes. Son objectif est d’établir les équations rhéologiques d’état de ces matériaux » • La rhéologie « occupe le terrain » entre la mécanique (solide élastique parfait) et la mécanique des fluides (liquide visqueux newtonien) • La rhéologie se décompose en plusieurs sortes d’études : • Rhéologie expérimentale : détermination expérimentale des relations de comportement entre contrainte et déformation ou entre contrainte et vitesse de déformation • Rhéologie structurale : explication des comportements à partir de la structure du matériau • Rhéologie théorique : description des modèles mathématiques qui permettent de rendre compte des comportements des matériaux indépendamment de la structure microscopique Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 19 Introduction à la rhéologie Rhéologie / Texture Structure de la matière première Ingéniérie Structure Qualité Dimensionnement des installations : modélisation des opérations unitaires de transformations mécaniques (pompage, mixage, homogénéisation) et thermiques (stérilisation, pasteurisation, ...). Formulation : développement de produits nouveaux ayant des caractéristiques définies. Fonctionnalité des ingrédients Contrôle qualité : la rhéologie comme un marqueur de l’historique de trnasformation du produit. Analyse sensorielle : rôle de la rhéologie dans l’acceptation du produit par le consommateur. Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 20 Domaines d’application • Agro-industries • Procédés, produits laitiers et carnés, fruits et légumes, bois, … • Génie civil, chimique et biotechnologique • Bitumes, peintures, polymères, milieux réactionnels et de fermentation, matériaux de construction, … • Géologie et mécanique des sols • Mouvement des sols, dureté des roches, … • Cosmétique • Crèmes, lotions, shampooings, pâte dentifrice, … • Pharmacie • Sirops, baumes, comprimés, … • Médecine • Sang, plasma, mucus, … • Autres • Avalanches, glaciers, aéronautique, automobile, textile, Les tours Petronas de Kuala Lumpur étaient les plus hautes du monde à la fin de l'année 1996 (Hauteur : 451,9 m, 88 étages). Hématies Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 21 Rhéologie et qualité • Qualité • Adéquation du produit à sa fonction. En alimentaire, le produit est destiné à être consommé. On distingue 3 grands types de qualité : • 1ère qualité : innocuité (le produit ne rend pas malade, hygiène), • 2ème qualité : nourrissant (aspects nutritionnels), • 3ème qualité : appétence (envie de consommer, plaisir). • Texture • Ensemble des propriétés mécaniques, géométriques et de surface d’un produit perceptibles par les mécano-récepteurs, les récepteurs tactiles et, éventuellement, visuels et auditifs (AFNOR, 1995) • Propriétés physiques, mécaniques et rhéologiques d’un produit alimentaire, perçues par les organes des sens au moment de la consommation (Adrian et al., La Science Alimentaire de A à Z, 1995) Qualité en jeu est l’appétence et plus particulièrement la texture. Les autres sont essentiellement l’odeur et la saveur. Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 22 Rhéologie et qualité : TEXTURE • La texture résulte d’une interaction entre un aliment (matériau structuré) et le consommateur • Procédé • imposent des taux de cisaillement qui sont fonction de la technologie • cherchent à texturer le produit (yaourt, céréales, saucisses, …) • Consommateur • action en bouche qui visent à favoriser la déglutition puis l’assimilation des aliments • la destructuration résulte d’une action mécanique interne (dents, langue, palet) à laquelle s’ajoute une solubilisation hydrique et une action enzymatique (salive) • l’action dépasse les simples déformation et cisaillement pour atteindre des phénomènes de fracture puis la destruction complète de la structure du produit • les taux de cisaillement sont de l’ordre de 20 à 30 s-1 µ γ  ? Procédés : contraintes peuvent être considérées à Cte = γ  Consommateur : contraintes varient continuellement en fonction des perceptions de l’individu : Cte ≠ γ  Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 23 Contrainte • Une contrainte est une force de contact, qui s’exerce sur une surface limitant un élément de volume infiniment petit, rapportée à la surface de contact. Elle s’exprime en Pa (N.m-2) ou en dynes.cm-2 dS n  normale F  F  gentielle tan F  • Contrainte tangentielle, parallèle à la surface • Contrainte normale, perpendiculaire à la surface ds F gentielle tan  = τ ds F p normale    = + σ est due à la viscosité du fluide. La contrainte qui résulte de cette viscosité peut avoir une composante normale qui s’ajoute algébriquement à la composante due à la pression τ  σ  p  Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 24 Déformation : définition • Une déformation est une modification des distances mutuelles des différents points d’un corps. D’une manière générale, elle s’exprime en variations relatives de longueur (extension ou contraction) et en variations d’angle (distorsion), donc par des nombres sans dimension 1 2 1 M 2 1 1 2 0 M M S d d M M lim         = − = →    δ δ δ δ • L’amplitude des déformations dans un matériau est généralement définie en considérant le déplacement infinitésimal relatif, c’est-à-dire la différence entre les déplacements des points M1 et M2 rapportée à leur écartement initial : y z x 0 1 M 2 M 1 δ 2 δ S d  1 M′ 2 M′ Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 25 Solide Hookéen • Si on applique une force à un matériau et que la contrainte évolue linéairement avec la déformation (relation de proportionnalité) alors le matériau obéit à la loi de Hooke : • E le module d’élasticité (en Pa) • est appelé la complaisance élastique 1 E ε σ = 1 E Force h δ r δ L δ Force Traction Compression l l0 δ + 0 l 0 L 0 R 0 H Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 26 Déformation des solides • Déformation de Cauchy • Déformation de Hencky • Les deux déformations sont égales à 0 en l’absence de déformation et sont sensiblement identiques pour les faibles déformations. • Pour les grandes déformations, on préfère généralement calculer εh 0 0 0 0 1 c L L L L L L L δ ε − = = = − 0 0 ln L h L dL L L L ε = = ∫ ln(1 ) h c ε ε = + Force h δ r δ L δ Force Traction Compression l l0 δ + 0 l 0 L 0 R 0 H Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 27 Déformation uniaxiale • Pour la déformation longitudinale (variation relative de la longueur du matériau dans la direction d’application de la contrainte), • Pour la déformation transversale (variation relative d’une dimension du matériau perpendiculaire à la direction d’application de la contrainte), • Le coefficient de Poisson peut varier de 0 à 0,5. Il est proche de 0,0 pour les matériaux très rigides contenant beaucoup d’air et proche de 0,5 pour les matériaux plus « liquide » (déformation sans changement de volume). 1 L L Eτ ∆ = où E (Pa) est le module d’Young où ν (« nu », adimensionnel) est le coefficient de Poisson l l E ν τ ∆= 1 1 l R l l l R E ou L L H l l L H L τ ν ν ν τ τ ∆ ∆ ∆ ∆ = = ⇒ = = ∆ ∆ ∆ Automne 2008 Jean-Louis LANOISELLÉ Ingénierie gastronomique 28 Cisaillement et compression volumique • Cisaillement • où G (Pa) est le module de cisaillement (aussi parfois appelé module de torsion) • Compression volumique • Le matériau est soumis à une pression hydrostatique P • où K (Pa) est le module de compressibilité • Exemple : K = 106 pour la farine (contre 1011 pour l’acier) 1 V P V K ∆ = 1 L L Gτ ∆ = L δ uploads/Industriel/ cours-structure-tf16-ingenierie-gastronomique.pdf