Effet du traitement thermique et du cisaillement dans un échangeur tubulaire sur les propriétés rhéologiques d un système à base d amidon

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1 Master d Ingénierie Chimique et Agroalimentaire Master recherche 2 ème année Génie des procédés Effet du traitement thermique et du cisaillement dans un échangeur tubulaire sur les propriétés rhéologiques d un système à base d amidon Rapport BIBLIOGRAPHIQUE Présenté et soutenu publiquement par: Hosni TAKACHE 31 janvier 2006 Université de Nantes Site de Gavy Devant le jury composé de : M. J. LEGRAND, Professeur, GEPEA, CRTT, Saint-Nazaire M. F. ALUOI, Maître de conférences, Université de Nantes, Nantes Mme M. de LAMBALLERIE-ANTON, Maître de conférences, ENITIAA, Nantes Mme F. FAYOLLE, Maître de conférence, ENITIAA, Nantes Mme K. LOUBIÈRE, Chargé de recherche, CNRS, CRTT, Saint-Nazaire Directeurs de stage: C. LOISEL et J.-L. DOUBLIER Laboratoire GEPEA 6144 CNRS/Université de Nantes/ EMN de Nantes/ENITIAA

2 Sommaire Introduction générale. 1 Introduction... 2 Sources d amidon.. 2 Utilisation de l amidon... 3 Structure moléculaire et composition de l amidon 3 Transformations hydrothermiques de l amidon 4 Propriétés rhéologiques des empois d amidon.. 4 Effet des paramètres de traitement sur les propriétés rhéologiques.. 6 Effet de la température de cuisson 6 Microscope à balayage électronique. 6 Effet du traitement mécanique et thermique sur les amidons natifs.. 9 Effet du traitement sur les amidons modifiés chimiquement 11 Effet du traitement sur les systèmes à bases d amidon. 11 Conclusion. 12 Références bibliographiques. 13

3 Introduction recherche bibliographique Introduction L amidon est la source d énergie principale utilisée dans l alimentation humaine, mais les utilisations alimentaires de l amidon sont multiples et vont bien au delà de son rôle nutritionnel d origine. Il possède beaucoup de propriétés physiques et chimiques qui le diffère d autres ingrédients alimentaires, ces propriétés lui donne sa grande diversité d application. Les industriels et les fabricants des aliments doivent se familiariser avec la structure, les caractéristiques et le comportement de l amidon afin d utiliser ses propriétés. A la différence d autres glucides et des polymères comestibles, l amidon se trouve sous forme de particules discrète, appelées grain d amidon. Ces particules sont identiques pour une même origine botanique. Par conséquent, l amidon de toutes les origines botanique se diffère dans l'aspect, les propriétés, et la distribution des dimensions des particules. Les microscopistes peuvent aisément identifier l origine botanique de la plupart des amidons commerciaux. Les procédés industriels de fabrication engendrent des contraintes tant au niveau thermique lors de la stérilisation, que mécanique par les opérations de pompage et d agitation qui ont des répercussions sur les propriétés du mélange. La compréhension des mécanismes d action des différents composants du mélange est donc essentielle pour le contrôle de qualité des produits à base d amidon, en vue de parvenir à une bonne maîtrise de leur mise en œuvre et de pouvoir développer des nouvelles applications. Plusieurs paramètres interviennent lors du traitement des empois d amidon durant les différents conditions des procédés; le traitement à des températures élevées et le cisaillement sont les plus importants, les autres paramètres sont l acidité, la congélation et le mélange avec d autres ingrédients. Les amidons natifs sont très sensibles au traitement thermique et au cisaillement, ces deux effets ont une grande conséquence sur les grains d'amidon, ce qui entraîne une diminution de viscosité du produit durant les procédés. Pour cela, on utilise les amidons réticulés; ce sont des amidons qui ont été soumis à une modification chimique, ils sont caractérises par une résistance au traitement thermique et une stabilité au cisaillement. Durant les procédés et sous des conditions adéquats, c'est possible d'obtenir des grains d'amidon gonflés sans dégradation des grains d'amidon réticulés, et par conséquence contrôler les propriétés rhéologiques du produit alimentaire à base d'amidon. Pour cela l objectif de cette recherche bibliographique a consisté d acquérir un concept de base permettant de décrire les propriétés thermiques d un système à base d amidon au niveau expérimentales puis essayer de faire une approche permettant de passer aux conditions de traitement thermomécaniques proches de celles utilisées dans les industries alimentaires. 1

4 Effet du traitement thermique et de cisaillement dans un échangeur tubulaire sur les propriétés rhéologiques d un système à base d amidon Introduction L amidon est un polysaccharide peu cher utilisé couramment dans l industrie alimentaire comme agent épaississant et gélifiant. Il est responsable de la texture d une une grande diversité d aliments comme les soupes, les potages, les sauces, etc. La préparation de systèmes à base amylacée implique un traitement thermique, tel que pasteurisation ou stérilisation, afin d obtenir la texture et la qualité bactériologique souhaitées. Ce traitement thermique est souvent combiné à un cisaillement qui joue un rôle déterminant dans la texture finale du système. Une meilleure compréhension de la texture de ces milieux nécessite l application d un traitement thermomécanique dans des conditions parfaitement contrôlées. L objectif de ce travail sera d appliquer le procédé à l échelle pilote en utilisant un échangeur tubulaire instrumenté. On étudiera l effet des paramètres du traitement sur les propriétés rhéologiques et structurales du système en mettant en œuvre d un ensemble de méthodes physico-chimiques de caractérisation (microscopie, rhéométrie, calorimétrie, diffusion laser). Le système comportera un amidon réticulé stabilisé comme base amylacée associé à des protéines laitières. Sources d amidon Les matières premières les plus utilisées industriellement sont le maïs et la pomme de terre qui contiennent respectivement 71 et 74% d amidon rapporté à l extrait sec. Le blé (76%), le manioc et le riz (environ 90% d amidon sur extrait sec) représentant des volumes plus faibles. Le choix de la matière première repose plutôt sur les caractéristiques de texture apportées par le type d amidon ; cette texture est fortement influencée par le teneur en amylose (Tableau 1). Propriétés - Taille des grains d amidon (µm) Maïs Maïs cireux Pomme de terre Manioc Blé % d amylose 28 < Pouvoir de gonflement à 95 C (g/g) - Texture de l empois courte filante Très filante filante courte - Aspect de l empois opaque légèrement translucide translucide trouble trouble - Résistance au cisaillement moyenne très faible Moyenne à très faible moyenne faible - Tendance à la gélification élevée très faible Moyenne à faible moyenne élevée Tableau 1: Caractéristiques des amidons et leurs empois selon leur origine botanique (NAYOUF, 2003). 2

5 Utilisation de l amidon Les utilisations alimentaires de l amidon sont multiples et vont bien au delà de son rôle nutritionnel d origine. Pratiquement toutes les industries alimentaires utilisent l amidon ou ses dérivés, que ce soit sous forme d amidons natifs ou modifiés ou encore de produits d hydrolyse. L amidon peut être considéré comme un ingrédient multifonctionnel dans l industrie alimentaire. À l état natif ou modifié, il est surtout employé comme agent épaississent, gélifiant ou stabilisant, comme rétenteur d eau ou encore comme agent d encapsulation (NAYOUF, 2003). Structure moléculaire et composition de l amidon L amidon est constitué de deux polymères de base, l amylose et l amylopectine. L amidon natif contient environ 75 % de molécules d'amylopectine. Par comparaison à une molécule d amylose, la molécule d amylopectine est beaucoup plus grande. Les principales caractéristiques qui donnent à chaque type d'amidon ses propriétés uniques sont (Tableau 2): 1. les grandeurs caractéristiques des molécules. 2. le rapport amylose/amylopectine. 3. la structure granulaire de l amidon. propriétés amylose amylopectine Masse moléculaire un à plusieurs millions Liaison glycosidique (1,4)-a-D- (1,4)-a-D- et (1,6)-a-D- Susceptibilité pour rétrogradation grande petite Structure moléculaire linéaire Chaînes ramifiées Tableau 2: les propriétés physicochimiques de l amylose et de l amylopectine (Whistler et al 1984). Les grains d amidon se présentent sous forme de particules blanches semi-cristallines, insolubles dans l eau mais capables de gonfler légèrement à température ambiante en présence d un excès d eau. D une façon très simplifiée, l organisation des grains d amidon résulte de l agencement de l amylose et de l amylopectine en zones amorphes et cristallines disposées de manière concentrique à partir du hile. La cristallinité des amidons serait due essentiellement aux chaînes en double hélice de l amylopectine ; la cohésion des zones cristallines est assurée par des liaisons hydrogène intermoléculaires (Figure 1). Figure 1: Schéma de la structure du grain d amidon à différentes niveaux d organisation ; grain entier, alternance de zones cristallines et amorphes, structure des unités cristallines «bloklet» (selon GALLANT et al., 1997). 3

6 Transformations hydrothermiques de l amidon Du fait de sa structure chimique, l amidon est fortement hydrophile ; par ailleurs, les régions cristallines et amorphes réagissent de différentes manières. A température ambiante, l eau pénètre plus facilement dans les régions amorphes des grains et interagit avec les molécules d amidon par l intermédiaire de liaisons hydrogène, ce qui conduit à un léger gonflement des grains d amidon ; toutefois ce gonflement est réversible (NAYOUF, 2003). Lors du chauffage, le gonflement des grains d amidon s accompagne d une perte de la structure cristalline : c est le phénomène irréversible de gélatinisation. Au cours du chauffage on assiste à une modification importante des propriétés rhéologiques : la viscosité augmente progressivement puis diminue (amidons de tubercules ou cireux) ou reste constante (amidons de céréales) suivant l état de conservation du grain d amidon. Cette étape d empesage est suivie lors du refroidissement de la gélification puis du phénomène de rétrogradation qui consiste en une recristallisation partielle des structures moléculaires. Propriétés rhéologiques des empois d amidon Ces propriétés peuvent être décrites par des courbes d écoulement selon le plus souvent l équation d Ostwald-de Waele (SCHOCH, 1964; DOUBLIER, 1981; SANNERVIK 1995): n K ou n 1 K (Eq. 1) Avec : = contrainte de cisaillement, Pa K= indice de consistance, Pa n = vitesse de cisaillement, s -1 n= indice du comportement de l écoulement, adimensionnel. L indice du comportement de l écoulement nous renseigne sur l écart par rapport au comportement newtonien; il est inférieur à 1 quand le comportement est rhéofluidifiant. Figure 2: influence de la variation de la vitesse de cisaillement sur la viscosité des empois d amidon. Le comportement rhéofluidifiant, ainsi que le comportement thixotrope et le rhéopexe sont réversibles, tandis que la dégradation est irréversible (KUHN et SCHLAUCH, 1994). La figure 2 montre trois comportements différents traduisant l influence de la vitesse de cisaillement sur la viscosité des empois d amidon. 4

7 Le premier comportement est rhéofluidifiant (pseudoplastic), il est réversible ainsi que pour le deuxième cas : comportement thixotrope (viscosité sur courbe retour inférieure) et rhéopexe (viscosité sur courbe retour supérieure). Les deux comportements sont rencontrés durant les procédés comme le pompage, le mélange, l agitation etc. ou dans la stabilisation d une émulsion. Normalement la viscosité initiale sera atteinte de nouveau après le procédé sans perte de viscosité. La dégradation est un phénomène irréversible causé par deux effets : le premier est la destruction des grains d amidon gonflés. Le plus important est le deuxième : c est la dégradation moléculaire des chaînes du polymère qui se fait sous certaines conditions de température et de cisaillement. La diminution de la viscosité doit être prise en compte durant les procédés car cette diminution peut jouer un rôle très important dans la qualité du produit final si le procédé n est pas bien contrôlé. Normalement, cette dégradation est indésirable. Les amidons natifs sont très sensibles au cisaillement, et en général le résultat est une diminution de la viscosité. Les différentes modifications chimiques des amidons améliorent leur résistance aux conditions de traitement industrielles. Ainsi la réticulation renforce la résistance aux températures élevées des procédés de stérilisation ainsi qu au cisaillement important, tandis que la stabilisation (estérification et éthérification) réduit la formation du gel, la rétrogradation et la synérèse. D une façon générale, les empois d amidon de maïs cireux réticulé ont un comportement rhéofluidifiant avec une boucle d antithixotropie ou de thixotropie selon le niveau de cisaillement et la température de cuisson (TATTIYAKUL et RAO, 2000). La figure 3 montre un exemple du comportement rhéofluidifiant à différentes températures de mesure pour l empois d amidon de maïs cireux réticulé, à une concentration de 5% (TATTIYAKUL et RAO, 2000). On constate un croisement de la boucle d hystérésis formée par la courbe d écoulement : pour une contrainte de cisaillement inférieure a Pa, le comportement est antithixotrope, et thixotrope au-delà. Les auteurs attribuent cette modification à la formation de structures de types agglomérats («clusters») détruites par des contraintes ou des vitesses de cisaillement supérieures à des valeurs critiques. Figure 3: Comportement thixotropique et antithixotropique d empois d amidon de maïs cireux réticulé a une concentration de 5% et différentes températures de mesures (TATTIYAKUL et RAO, 2000). 5

8 Effet des paramètres de traitement sur les propriétés rhéologiques Effet de la température de cuisson Il est indispensable de dépasser la température de gélatinisation pendant la fabrication afin d obtenir la viscosité maximale. Selon l intensité du traitement thermique, on peut obtenir trois stades de cuisson qui correspondent à trois niveaux de gonflement d un amidon (Figure 4): 1- sous-cuit: grains pas assez gonflés avec une apparence opaque et trop fluide. 2- optimal: gonflement maximal des grains, texture onctueuse et désignée comme «courte» avec une viscosité élevée. 3- surcuit: grains d amidon éclatés (perte de viscosité) avec une texture «gélatineuse» et désignée comme «longue». (Nayouf, 2003). Sous-cuit Optimal Surcuit Apparence Opaque Claire Claire Texture Liquide, goût d amidon Onctueuse courte Gélatineuse longue Stabilité Mauvaise Bonne Correcte Viscosité Faible Bonne Perte de viscosité Sous-cuit Optimal Surcuit Figure 4: Caractéristiques d un empois d amidon, en fonction du degré de cuisson (source : documentation National Starch). Microscope à balayage électronique SHIM et MULVANY, 1999 ont étudié l effet de la température de cuisson (70, 75, 80, 85, 90, 95 C) et la vitesse d agitation (60, 160, 260 rpm) sur les propriétés des gels/empois d amidon de maïs. Les propriétés d empesage durant la cuisson sont évalué a l aide d un RVA (Rapid Visco-Analyser), et les propriétés rhéologiques et structurales des gels/empois refroidis est évaluée en utilisant l analyse (DMA) et un microscope électronique à balayage (MEB). L amidon de maïs natif est constitué de grains de forme arrondi et polygonal de dimension 5-15µm. Ces grains commencent à gonfler à 75 C, ce gonflement continue en augmentant la température, mais les grains d amidon perdent leurs formes granulaires à partir 90 C (Figure 5). 6

9 Figure 5: les reustlats obtenus a partir d un Microscope à balayage électronique pour: (A) dispersion d amidon 10% non cuit, (B) cuit à 75 C, (C) cuit à 85 C, (D) cuit à 90 C, (E) cuit à 95 C en utilisant un RVA à 60 rpm, (SHIM et MULVANY, 1999). Durant la cuisson des suspensions d amidon réticulé 4% (m/m) à différentes températures d empesage, NAYOUF et al. (2003) ont constaté une augmentation de taille de grains d amidon dépendant de la température de cuisson. À une certaine température d empesage (130 C) cette augmentation aboutit à l éclatement des grains d amidon. La distribution de taille des grains d amidon empesés respectivement à 90, 124 et 130 C sont montrées dans la figure 6 et sont comparées à celles de l amidon non cuit. Ce dernier présente une distribution de taille relativement large allant de ~5 à ~80 µm avec un diamètre médiane de 17,3 µm. La cuisson des grains d amidon a conduit logiquement à un décalage de la courbe de distribution vers des valeurs plus élevées avec un élargissement de cette courbe, comme le suggère la pente des courbes au point d inflexion qui diminue graduellement avec la température. Figure 6: distributions de taille en volume de grains d amidon cuits à 90, 124 et 130 C et compares a des grains d amidon non cuits. Les flèches montrent la valeur du diamètre médian D (, 0.5) (NAYOUF et al., 2003). L amidon de maïs natif est constitué de grains de forme arrondie et polygonale de dimension 5-15µm. Ces grains commencent à gonfler à 75 C, ce gonflement continue en augmentant la température, mais les grains d amidon perdent leurs formes granulaires à partir 90 C. 7

10 SANNERVIK J. et al. (1995), ont étudié le transfert de chaleur dans un échangeur tubulaire pilote pour les liquides alimentaires. Dans le cas d une suspension 4% d amidon réticulé de pomme de terre, les auteurs ont considéré que l écoulement de cette suspension dans l échangeur tubulaire pilote utiliséé peut être décrit par des courbes d écoulement selon le plus souvent l équation d Ostwald-de Waele. Ils ont constaté une dépendance entre le logarithme de l indice de comportement et le logarithme de l indice d écoulement avec la température (Figure 7 et 8). Figure 7: la relation entre le logarithme de l indice de consistance ln (K) et la température. SANNERVIK J. et al. (1995). Figure 8: la relation entre le logarithme de l indice du comportement de l écoulement ln(n) et la température. SANNERVIK J. et al. (1995). Pour les expériences de la résistance des empois d amidon aux températures élevées, (KUHN et SCHLAUCH, 1994) ont travaillé avec vitesse de cisaillement de l ordre de 100 s -1, et ces valeurs sont proches des valeurs réelles appliquées durant les procédés de stérilisation (KUHN et SCHLAUCH, 1994). Figure 9: les 3 principaux profils d évolution de la viscosité des amidons sous les conditions de stérilisation (KUHN et SCHLAUCH, 1994). Le profil de température-temps commence de 95 C et atteint le maximum à 140 C, l expérience a duré 60 minutes, et les 3 principales voies d évolution de la viscosité correspondent à trois types d amidons: 8

11 1) Le premier type, il est représenté par l amidon natif de pomme de terre, et c est le cas de tous les amidons natifs et encore d autres amidons. Dans ce cas la viscosité diminue d un facteur de 10 durant le processus, et devient constante à une température de 120 C, et elle était maintenu jusqu'à 95 C. 2) Dans le deuxième type, la constante reste constante durant l expérience; c est les cas de Clearam CH(E 1422), qui est un amidon modifié chimiquement. La viscosité est maintenue constante durant l expérience indépendamment du développement de la température. 3) L amidon Purity HPC (E 1422) montre une augmentation de la viscosité durant le temps de cuisson, et durant la période de refroidissement cette viscosité est conservée. De ces 3 différents comportements on peut conclure qu il n y a pas une relation directe entre les catégories de comportement et le type d amidon respectivement. Donc comme conclusion générale : 1) Les amidons natifs ont une faible stabilité au cisaillement, et ils sont fortement dégradés sous les conditions de stérilisation. 2) La réticulation est une condition nécessaire pour atteindre la stabilité au cisaillement Et aux conditions de stérilisation. 3) Les amidons modifiés de pomme de terre ne sont pas aussi résistants que ceux de maïs cireux. 4) Les amidons réticules adipate issus de maïs cireux présentent une augmentation de viscosité à fort cisaillement et souvent à la stérilisation. 5) Jusqu'à maintenant il n y a pas d explication pourquoi l amidon appartient à une des 3 catégories de comportement, bien sur la modification chimique prends place sur la surface du grain d amidon: ça peut nous expliquer la résistance des amidons réticulés, mais pas d explication pour deux profiles différents avec le même type de modification et d origine botanique (probablement, les procédés durant l extraction sont responsables de ces différents comportement). Effet du traitement mécanique et thermique sur les amidons natifs Les procédés alimentaires engendrent des cisaillements qui modifient la structure des produits multiphasiques de type émulsion ou suspension ; le tableau 3 est un exemple des plages de vitesses de cisaillement pour différentes opérations unitaires. Température ( C) Vitesse de cisaillement (s -1 ) Agitation/ mélange Homogénéisation Emulsification Pompage Pasteurisation Stérilisation Dosage Tableau 3 : Ordre de grandeur des températures et des vitesses de cisaillement, lors des principales opérations de traitement des liquides alimentaires (KUHN et SCHLAUCH, 1994). Le tableau précédent ne donne qu un ordre de grandeur des vitesses de cisaillement compte tenu du fait qu un calcul rigoureux ne peut être effectué qu en écoulement laminaire. 9

12 KUHAN et SCHULAUCH (1994) ont étudié la résistance au cisaillement d amidons natifs et modifiés empesés à des températures comprises entre 95 et 140 C, en utilisant un rhéomètre sous pression (vitesse de cisaillement maximale 5x10 4 s -1 ) ainsi qu un Ultraturax (environ 10 5 s -1 ). L effet du cisaillement sur la viscosité apparente (mesurée à 10 s -1 ) dépend avant tout de la température du traitement thermique préalable. Dans le cas des amidons natifs traités à 90 C, la viscosité diminue de 90 à 130 C, après application du cisaillement. Au contraire dans le cas des amidons réticulés empesés à 95 C, la viscosité augmente après l application du cisaillement, mais diminue pour une cuisson à 130 C. Figure 10: courbes d écoulement des amidons natifs: pomme de terre, manioc, maïs et maïs cireux (KUHN et SCHLAUCH, 1994). Les quatre amidons natifs (du pomme de terre, du maïs, du manioc et de maïs cireux) étudiés par (KUHN et SCHLAUCH, 1994) montrent une dépendance semblable de la viscosité apparente vis-à-vis de la vitesse de cisaillement ainsi que le décrit La figure 10. La figure 11 présente l effet du cisaillement sur la diminution de viscosité des amidons précédents. On peut conclure que l empois de pomme de terre est le plus sensible au cisaillement. De plus, la sensibilité des empois d amidons natifs est plus importante quand la vitesse de cisaillement est plus grande : cas de l Ultraturrax par rapport au rhéomètre. (KUHN et SCHLAUCH, 1994). Figure 11: résultats des expérience d un cycle de cisaillement pour une température d empesage de 95 C (KUHN et SCHLAUCH, 1994). Les colonnes blanches représentent 100% de la viscosité avant cisaillement (mesuré à une vitesse de cisaillement 10 s -1 ), les colonnes grises représentent la dégradation par rhéomètre, tandis que les colonnes noires sont relatives au traitement par Ultra Turrax. 10

13 Effet du traitement sur les amidons modifiés chimiquement Ces amidons montrent aussi un comportement rhéofluidifiant pour les deux températures de mesure 25 C et 95 C. Toutes les courbes possèdent à peu près la même pente, la viscosité apparente diminue en général de la même manière. De même que pour les amidons natifs, la dégradation par cisaillement en utilisant le rhéomètre sous pression (vitesse de cisaillement maximale 5x10 4 s -1 ) est moins importante que celle remarquée dans le cas de l Ultraturax (environ 10 5 s -1 ).Les auteurs concluent qu il n est pas possible d établir une relation entre la stabilité au cisaillement et le type de modification chimique (KUHN et SCHLAUCH, 1994). Effet du traitement sur les systèmes à bases d amidon Une étude faite par Thébaudin et al (1998) sur 4 types d amidons de maïs (natif, cireux), de blé (natif), et de riz (cireux, non modifié) à 4,75%, montre l effet de la température d empesage (75, 85 et 95 C) sur les propriétés rhéologiques finales des empois ainsi que sur celles de formules plus complexes de type sauces béchamel utilisant la même base amylacée. Figure 12: courbes d écoulement des sauces de concentration 4% en amidon empesé à 95 C et mesuré à 60 C. (a)=amidon de blé, (b)=amidon de maïs normal, (c)=amidon de maïs cireux modifié (d)=amidon de riz, (Thébaudin et al. 1998). La figure 12 présente les courbes d écoulement des sauces en fonction de la base amylacée. Le classement par viscosité décroissante est le suivant : maïs cireux modifié > riz cireux > maïs normal > blé ; ce classement est le même que celui obtenu dans le cas des empois d amidon seuls. Avec les sauces toutefois, la viscosité apparente est un peu inférieure pour toutes les courbes obtenues ; cela est peut être dû à la différence de concentration en amidon utilisé dans le cas des sauces (4% contre 4,75% pour l amidon). Ce qui est remarquable encore est le comportement thixotrope omniprésent dans toutes les sauces ; probablement les ingrédients mélangés à l amidon dans les sauces jouent un rôle important dans le comportement rhéologique du système. On constate que les sauces à base d amidon ont le même comportement que les empois d amidon seuls. En terme de viscosité apparente, les sauces d amidon de blé et de maïs normal (Groupe 1) ont la même viscosité apparente à 85 C et à 95 C ; cela signifie que l empesage de l amidon est complet à 85 C, tandis que dans les cas des sauces à base d amidon de riz et de maïs cireux (Groupe 2), une viscosité élevée est observée à 75 C ; cette viscosité reste presque constante à 85 C et à 95 C. Dans le cas des sauces du Groupe 2, il n y a pas de différence entre la viscosité des empois et celle des sauces, mais une augmentation a été constaté à 95 C; cela signifie que le temps d empesage est retardé jusqu a une température supérieure à 85 C, ce retard est dû à la présence d autres ingrédients, et en particulier les lipides et les protéines du lait. 11

14 Conclusion recherche bibliographique Conclusion En conclusion, le comportement rhéologique des empois d amidon, à une concentration donnée est la résultante de l effet combiné de trois paramètres: temps/ température/cisaillement. La prévision des propriétés rhéologiques pour des procèdes alimentaires (traitements thermiques) doit tenir compte de tous ces aspects. La différence du comportement rhéologique peut être basé sur la solubilité et le gonflement des grains d amidons durant les conditions d empesage (concentration, condition de chauffage, intensité du cisaillement). Mais est ce qu il est possible de prédire le comportement d un système à base amylacée à partir de la description des systèmes d amidons dans l eau? La présence d autres ingrédients comme les protéines du lait nous limitent dans la prédiction des propriétés rhéologiques de ce système, et la compréhension d un tel système complexe exige une description complète du comportement de ce système et en présence de ces protéines et à différentes températures d empesage. La préparation de systèmes à base amylacée implique un traitement thermique, tel que pasteurisation ou stérilisation, afin d obtenir la texture et la qualité bactériologique souhaitées. Ce traitement thermique est souvent combiné à un cisaillement qui joue un rôle déterminant dans la texture finale du système. Une meilleure compréhension de la texture de ces milieux nécessite l application d un traitement thermomécanique dans des conditions parfaitement contrôlées. Pour cela l objectif de ce travail durant le stage qui aura lieu à l ENITIAA et l INRA sera de préciser les paramètres les plus influents du traitement dans le cas d un échangeur tubulaire pilote instrumenté et d en évaluer les effets, en mettant en œuvre d un ensemble de méthodes physico-chimiques de caractérisation (microscopie, rhéométrie, calorimétrie, diffusion laser). Le système comportera un amidon réticulé stabilisé comme base amylacée associé à des protéines laitières. Projet de déroulement de stage Définition du système étudié Nous choisirons un amidon de maïs cireux modifié chimiquement (sans amylose) et un isolat de protéines sériques. Ceci nous permettant d obtenir un système relativement simple dans lequel les deux constituants, amidon et protéines, sont localisés dans deux phases séparées. Nous ferons également varier les proportions d amidon et de protéines sériques, de façon à modifier la teneur en protéines sériques dans la phase intergranulaire et s approcher de la concentration de gélification. Application d un traitement thermique et mécanique Nous disposons déjà de résultats obtenus en laboratoire dans des conditions de température et cisaillement contrôlés. Le but de cette étude sera d imposer un traitement de pasteurisation du mélange à l échelle pilote en travaillant, soit en batch (cuve mélangeuse) soit en continu (échangeur tubulaire). Les paramètres à faire varier sont : la température, le temps de séjour et le cisaillement dans le cas de la cuve mélangeuse disposant d un agitateur de type ancre ou émulseur. Le mélange sera ensuite caractérisé par des méthodes rhéologiques et structurales (microscopie, granulométrie laser) afin d évaluer les modifications apportées au système par le traitement et de prévoir éventuellement sa stabilité (déphasage, synérèse). 12

15 Références bibliographiques recherche bibliographique Références bibliographiques DAIL R.V. et STEFFE J.F. Rheological characterization of cross linked waxy maize starch solutions under low acid aseptic processing conditions using tube viscosimetry techniques. Journal of food science, 1990, 55, GALLANT D.J., BOUCHET B. et BALDWIN P. M. Microscopy of starch: evidence of a new level of granule organization. Carbohydrate Polymers, 1997, 32, HUHM K. et SCHAULCH S. Comparative study about commercially available starch for high shear and high temperatures applications in foods. Starch/Stärke, 1994, 46, NAYOUF M. Etude rhéologique et structurale de la qualité texturale du système amidon/kappa-caraghénane en relation avec le traitement thermomécanique. Thèse, Nantes, 2003, 198 p. NAYOUF M., LOISEL C. et DOUBLIER J.-L. Effect of thermomechanical treatment on the Rheological properties of crosslinked waxy corn starch. Journal of Food Engineering, 2002, 59, RAVINDRA P., GENOVESE D.B., FOEGEDING E.A et RAO M.A. Rheology of heated mixed whey protein isolated/cross-linked waxy maize starch dispersions. Food hydrocolloids, 2003, 18, SANNERVIK J., U. BOLMSTEDTB et TRÅG RH C. Heat Transfer in tubular Heat Exchangers for Particulate Containing Liquid Foods. Journal of Food Engineering, 1995, 29, TATTIYAKUL J. et RAO M.A. Rheological behavior of cross-linked waxy maize starch dispersions during and after heating. Carbohydrate Polymers, 2000, 43, THEBAUDIN J.-Y., LEFEBVRE A.-C. et DOUBLIER. J.-L. Rheology of starch pastes from starches of different origins: Applications to Starch-based Sauces. Lebensm.-Wiss u.-technol., 1998, 31, WHISTLER R., BEMILLER J. et PASCHALL E.. Starch: Chemistry and Technology, 2nd ed., Academic Press, New York, 1984,