UMR CNRS 6144
Génie des Procédés Environnement et Agroalimentaire
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GEnie des Procédés
Environnement - Agroalimentaire
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Étude de l’écoulement diphasique à l’échelle milli/micrométrique : application aux mousses

Introduction/contexte

Les mousses alimentaires sont en constante évolution, car bien appréciées des consommateurs. Elles offrent également un large éventail de possibilités pour répondre à une variété de goûts, de textures, ou des allégations nutritionnelles. Dans la plupart des cas pour des mousses liquides, les procédés de moussage sont réalisés en discontinu. Les procédés continus apporter des bénéfices significatifs: productivité élevée, cisaillement homogène, encombrement moindre, économies d'énergie et systèmes faciles à contrôler. Le principal atout est que le gaz incorporé dans la mousse peut être suivi directement à partir des débits. Cependant, le foisonnement en continu est relativement peu documentée et la connaissance est essentiellement empirique.


Objectif du projet

Le but de ce travail est de comprendre et d'améliorer la performance des processus de foisonnement en continu, notamment en enquêtant sur les interactions complexes entre les propriétés de la phase liquide (viscosité, tension de surface, ...) et les paramètres du procédé sur la structure en mousse, en particulier la taille des bulles qui régit la plupart des propriétés, comme la stabilité. L'agent moussant utilisé est ici est un isolat de protéines sériques ( whey proteins isolate, WPI en anglais) combiné avec de la gomme de xanthane comme agent épaississant. Les mousses sont élaborées par injection de gaz dans un flux continu de liquide à l'aide mélangeur statique Sulzer SMX ™ de 10 mm de diamètre. Les conditions hydrodynamiques qui permettent l'obtention d'incorporation complète et homogène du gaz sont déterminées expérimentalement, en faisant varier les débits d'écoulement de gaz-liquide pour chaque solution testée. Dans des conditions appropriées de régime, les propriétés des mousses telles que distribution de taille des bulles, fraction de vide, (rapport du volume de gaz au volume total), comportements visco-élastique et stabilité sont analysés selon les conditions opératoires du procédé.


Resultats

Les solutions sont fabriqués à partir de 3% de WPI et de gomme de xanthane avec le contenu de masse respectifs 0,2, 0,35, 0,5 et 0,6%. L'effet de la force ionique est également discuté en ajoutant du chlorure de sodium 0,2 M pour les solutions à 0,2 et 0,35% de xanthane.

La carte modèle d'écoulement (fig. 1.) montre les limites entre les régimes d'écoulement homogène et à bouchons pour 3% de WPI et 0,35% de xanthane. Les résultats obtenus à partir des solutions ci-dessus montrent clairement un changement dans les limites des régimes d'écoulement avec la viscosité et la force ionique de la préparation. La limite se déplace vers des débits plus faibles avec viscosité de la phase liquide augmente et vers des débits plus élevés avec la diminution de la force ionique. Une fraction de vide de 0,84 permettant une dispersion homogène de gaz a été choisie pour décrire l'effet des vitesses de fluide sur les propriétés structurales et rhéologiques des mousses. Une augmentation de la vitesse d'environ 45% réduit considérablement la taille des bulles de mousse de 20% et augmente le module complexe G * de 10% pour toutes les préparations. Ceci pourrait être attribué à un effet de cisaillement sur les deux fluides au cours du processus de moussage.


 

Applications possibles

Ces premières expériences confirment que la structure, et par conséquent les propriétés finales des mousses, peut être contrôlée par les débits et la viscosité de la phase liquide. L'étude montre que ce procédé innovant vient avec des avantages définitifs pour les applications industrielles.

Projets