SPECIFICITES DE LA TRANSFORMATION DES PRODUITS AMYLACES Bruno VERGNES Mines ParisTech, CEMEF, UMR CNRS 7635 Sophia Antipolis (France)
BIOPLASTIQUES INDUSTRIELS Mater-Bi Biolice Bioplast (Novamont) (Ulice Limagrain) (Sphere) Mélanges d une matrice thermoplastique éventuellement bio (dégradable, sourcée ) (PLA, PBAT ) et d un amidon plastifié Maîtrise des procédés de fabrication et de transformation compréhension et maîtrise de la transformation et du comportement rhéologique des amidons plastifiés
PRESENTATION GENERALE Amidon : polysaccharide, réserve énergétique pour les plantes Composé de deux types de macromolécules : - amylose linéaire, M w =10 5 10 6 g/mol - amylopectine branchée, M w = 10 7 10 8 g/mol
PRESENTATION GENERALE Structure granulaire semi-cristalline Semi-cristalline Amorphe Lamelle amorphe Lamelle cristalline Amorphe Amorphe Amylopectine Granule Boursier, Tech. Ingé.
PRESENTATION GENERALE Forme et taille des granules dépendent de l origine botanique Maïs Blé Riz SEM, x 280 Boursier, Tech. Ingé. PdT Manioc Blé Maïs Riz Pois PdT Manioc Ratio amylose/amylopectine 25/75 26/74 17/73 35/65 23/77 17/83 Lipides (%, d.b.) 0.24 0.63-0.19 0.09 0.10 Pois
TRANSFORMATION DE L AMIDON T fusion supérieure à T dégradation nécessité d utiliser un plastifiant: eau, glycérol, sorbitol Transformation = destruction de la structure granulaire nécessité d un traitement thermique et mécanique
TRANSFORMATION DE L AMIDON Barron, Della Valle, Colonna, Vergnes, J. Food Sci. (2002)
TRANSFORMATION DE L AMIDON Chromatographie d Exclusion Stérique Amylopectine Amylose 70 kwh/t 87 kwh/t 208 kwh/t Amidon de maïs Vergnes, Villemaire, Colonna, Tayeb, J. Cereal Sci. (1987)
TRANSFORMATION DE L AMIDON Calorimétrie Enthalpique Différentielle 310 kwh/t 190 kwh/t 107 kwh/t Natif Amidon de pomme de terre Della Valle, Boché, Colonna, Vergnes, Carbohydr. Polym. (1995)
TRANSFORMATION DE L AMIDON Nécessité d utiliser un plastifiant Nécessité d appliquer un traitement thermomécanique, caractérisé par l énergie spécifique (SME) Évolution de la structure macromoléculaire avec la SME comportement rhéologique va dépendre - du taux de plastifiant - des conditions opératoires
MESURES RHEOLOGIQUES SUR AMIDON Principale difficulté: contrôle du traitement thermomécanique avant la mesure L amidon doit être fondu dans des conditions de SME contrôlées!
MESURES RHEOLOGIQUES SUR AMIDON Préparation en mélangeur interne - Avantage: facile à utiliser et contrôler - Inconvénient: évolution potentielle de l échantillon pendant les phases de refroidissement/chauffage Formation de complexes amylose/lipide, stables à hautes températures, qui peuvent modifier le comportement rhéologique
MESURES RHEOLOGIQUES SUR AMIDON Utilisation d un rhéomètre à pré-cisaillement (Rhéoplast ) - Avantage: mesure directe sur le produit transformé - Inconvénient: seuls quelques rhéomètres existant (CEMEF, INRA Nantes, Arkema ) B. Vergnes, J.P. Villemaire, Rheol. Acta (1987)
MESURES RHEOLOGIQUES SUR AMIDON Utilisation d un rhéomètre in-line sur une extrudeuse - Avantage: mesure directe sur le produit transformé - Inconvénient: contrôle du traitement thermomécanique Modifier modifier le débit modifier la SME
MESURES RHEOLOGIQUES SUR AMIDON Utilisation d un rhéomètrer in-line sur une extrudeuse Solutions: - faire varier simultanément débit Q et vitesse de vis N: SME = f(n/q) - utiliser un système à double canaux Vergnes, Della Valle, Tayeb, Rheol. Acta (1993)
MESURES RHEOLOGIQUES SUR AMIDON Principe de superposition temps/température élargi à : - temps / plastifiant - temps / SME Amidon de maïs Courbes maîtresses (11 conditions) SME = 91 kwh/t WC = 20% T = 150 C
MESURES RHEOLOGIQUES SUR AMIDON Modèle rhéologique général pour l amidon plastifié : Loi de Carreau-Yasuda, avec dépendance en température, teneur en plastifiant et énergie spécifique 0 1 a m 1 a E 1 1 ( T, WC, SME) exp SME SME WC WC R T T 0 0 0
MESURES RHEOLOGIQUES SUR AMIDON Influence du ratio amylose/amylopectine Maïs high amylose : 70% amylose Maïs waxy : 0% amylose High amylose Waxy La viscosité augmente avec le taux d amylose Della Valle, Colonna, Patria, Vergnes, J. Rheol. (1996)
DEVELOPPEMENT DE MORPHOLOGIES Observations MEB Mélanges PBAT / amidon plastifié Même formulation Même conditions de procédé Dissolution de l amidon Dissolution de la matrice Amidon A Amidon B