Les traitements thermiques Application à la stérilisation

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1 Les traitements thermiques Application à la stérilisation

2 Destruction des microorganismes ( constante) Réaction d ordre log v dn N0 - k N k N.3 t t D N (spores.kg - ) log(n) N 0 D D : temps de réduction décimal 00 0 N Temps (s)

3 k Destruction des microorganismes ( constante) Constante de vitesse de la réaction k dépend du microorganisme de la nature du milieu : ph, force ionique, aw de la température de traitement : loi d Arrhénius - Ea RT A e k k k A e - Ea RT log k - Ea ( - ).3 R T log k log k k -.3 R T Ea ( ) T T ( ) z Temps (s) t 00 Droite des traitements équivalents z k Température ( C) t 30 a.e E RT

4 Effet du ph sur la destruction des microorganismes 30 temps (min) ph < 4,4 agrumes, baies et la plupart des fruits tomates choucroute vin, bière,vinaigre lait ph 4,5 viandes poissons la plupart des légumes ph

5 Destruction des microorganismes ( constante) Log (N) log k k constante log D D z constante 0, - 0, ,00 0,000 D + z D temps (s)

6 Destruction des microorganismes ( constante) Quelques valeurs de D et z : Spores (z 0 C) Clostridium Botulinum : D, C s Clostridium Sporogenes : D, C 00 s Bacillus Stearothermophilus : D, C 80 s Bactéries non sporulées (lait): D65 C 35 s et z 5 C Bactéries non sporulées es: Listeria monocytogenes D60 C 70s z C Salmonella D60 C -390s z C Staphylococcus aureus D60 C 6-474s z C Yersinia enterocolitica D6.8 C 4-58s z C

7 Objectif du traitement de stérilisation n réductions décimales d un microorganisme donné Quelle durée de traitement (t) à la température pour obtenir ces n réductions décimales? t n D Dans la littérature durée à ref F 0, valeur stérilisatrice log t t ref log n.d n.d ref ref z soit t t ref.0 ref z

8 Objectif du traitement de stérilisation Exemple : objectif 9 réductions décimales de C Sporogenes : durée 90 3 jours et 0 heures 00 3 heures et minutes 0 3 heures et 3 minutes 0 9 minutes et 9 secondes 30 minute et 56 secondes 40 secondes 50, secondes

9 Calcul des barêmes de stérilisation ( variable) Application pratique : Acquisition de l évolution de température à cœur du produit ( C) 0 00 liquide d solide temps (s)

10 Calcul des barêmes de stérilisation ( variable) Résolution par discrétisation : Pour suffisamment petit, constant: ref.0 ref z et F0 tref t 0 ref t ref t 0 t t... t n 0... n - ref ref... ref n ( t ) t.0 ref + z F 0

11 Alteration des constituants Extension de z à toute réaction : de permettant de réduire au /0 ème la durée de la réaction Exemples de réactions sous l action de Destruction de la phosphatase alcaline : z 5 C Destruction d enzymes : 5 < z < 55 C Destruction de 0% de la vitamine B : z 33 C Destruction de vitamines : 0 < z < 35 C Réaction de Maillard : z 5 C Cuisson des aliments : 5 < z < 40 C

12 Allure générale des courbes de stérilisation et d altération des constituants Log (t) Alteration des constituants Traitements haute température - temps court Cuisson D 750s z 0 C Stérilisation D 900s z 0 C Destruction vitamine C D 4700s z 5 C ( C)

13 Barêmes de stérilisation Quelques valeurs de F 0 (min) Asperges entières au naturel : à 4 Champignons entiers au naturel : 6 à 0 Petits pois à l étuvée : 0 à 5 Haricots verts au naturel: 5 à 8 Haricots verts à la tomate: 4 à 6 Saucisses de Frankfort : 3 à 4 Harengs à la tomate : 6 à 8 Sardines à l huile : à 4 Lait concentré : 5 ( institut de la conserve)

14 Coefficients de transfert Cas de la boîte d eau : Couche limite externe α cle Couche limite interne eau α cli dq dq Aα α g g Aα mc g p ( ) ρvc A e ( ) e d ρvc p ρvc d e p p Espace de tête d d α Épaisseur métal : e b 0.3 mm λ b 60 W.m -.K - g α cle + eb λ b + α Valeur de α cl dépend de la nature de la couche limite : cli Négligeable si vapeur à l extérieur si eau : α cl 00 à 00 W.m -.K - si vapeur : α cl W.m -.K - Si vapeur à l extérieur de la boîte : α g α cli Si eau à l extérieur de la boîte : α α g cleau eb + λ b

15 Analyse dimensionnelle z Application aux transferts de chaleur dq y loi de Fourier en régime non stationnaire Aαd dq dq dq 5 x dq 4 dq 3 x+dx dq 6 x Salon axe des x : dq λ dydz d dx dq λ dydz d( + d dx d dq dydzλ dx d d dq dydzλ ( + dx) dx dx Entre les faces s accumule : d dq dq dxdydzλ dx d dq3 dq4 dxdydzλ dy d dq5 dq6 dxdydzλ dz )

16 Analyse dimensionnelle Application aux transferts de chaleur loi de Fourier en régime non stationnaire dq y Aαd dq 4 dq 6 dq dq d d d dq dxdydz ( λ + + ) dx dy dz dv dq ρdvcpd () () dq 5 x dq 3 x+dx x À partir de () et () d λ ρcp d dx d dy d ) dz ( + + z avec λ ρcp Diffusivité thermique caractéristique du produit

17 Analyse dimensionnelle Application aux transferts de chaleur loi de Fourier en régime non stationnaire cylindre infini Plaque plane infinie Régime stationnaire quand partout, le transfert est alors unidirectionnel : 0 x d λ ρcp d dx

18 Analyse dimensionnelle Application aux transferts de chaleur Adimensionnalisation de la température réduit 0) réduit + 0 ( A réduit + B Au centre de la plaque : À t0, 0 d où réduit À t, d où réduit 0 d dréduit d d A A dx dx d' où d réduit λ ρcp d dx réduit réduit

19 Analyse dimensionnelle Application aux transferts de chaleur Adimensionnalisation des dimensions x' x x x x x' x x' x <x> < x> x varie entre 0 (centre de la plaque) et (surface) d' où d réduit λ ρcp d dx' x réduit

20 Analyse dimensionnelle Application aux transferts de chaleur d réduit Adimensionnalisation du temps λ ρcp d dx' x d( d λ ρcp réduit t x ) d dx' réduit d dfo d réduit réduit dx' Fo : nombre de Fourier (sans dimension) Par une intégration par partie on obtient : réduit f(fo,x )

21 Analyse dimensionnelle Application aux transferts de chaleur Cas de la boîte de conserve Pour obtenir au centre de la boîte : Intersection d une plaque infinie d épaisseur/ hauteur de la boîte et d un cylindre infini de rayon / rayon de la boîte réduit tot réduit cyl x réduit pla réduit 0 Fo λ ρ Cp t x λ t Fo cyl ρcp R λ t Fo pla ρ Cp x réduittot ) th th ( 0 0 réduittot