(trad auto)Coupling between flows, heat transfers and transformation during phase change of a complex liquid food product - Application to texture control
Couplage entre écoulements, transferts thermiques et transformation lors du changement de phase d'un produit alimentaire liquide complexe - Application à la maîtrise de la texture
Résumé
This study focuses on the freezing stage during the processing of a complex liquid such as sorbet or ice cream. This step takes place in Scraped Surface Heat Exchangers (SSHE) or freezers. During this stage, the original mix is subjected to several phenomena: heat transfer, crystallization of water into ice and shear. This predisposes the final quality of the product, especially its texture. This study aims to better understand the evolution of the product during the freezing and to characterize the influence of process variables and formulation aspects on the texture of the product, and particularly on crystal size and viscosity. Our approach has combined the experiment (at the laboratory scale) and modelling (kinetics of crystallization and numerical simulation of flow and heat transfer). The experimental study was performed at the laboratory scale (in a SSHE simulator) under controlled thermal and mechanical conditions. This work allowed to monitor the structural (size ...) and rheological (viscosity) evolutions of the product during the crystallization. Then, a model coupling the heat transfer and crystallization was developed to better understand the mechanisms and allow the simulation of the product evolution during the freezing step.
Cette étude s'intéresse à l'étape de glaçage lors de la congélation d'un produit liquide complexe, de type sorbets ou crème glacée. Cette étape a lieu dans des Echangeurs de Chaleur à Surface Raclée (ECSR) ou freezers. Au cours de cette étape, la formule initiale ou le mix est le siège de plusieurs phénomènes : les transferts thermiques, la cristallisation de l'eau en glace et le cisaillement. Cette étape prédispose la qualité finale du produit, notamment sa texture. L'étude entreprise lors de ce travail de thèse a pour objectif de mieux comprendre l'évolution du produit durant le glaçage et de caractériser l'influence des variables du procédé et de certains aspects de formulation sur la texture du produit. Pour cela, on s'est intéressé plus particulièrement à la taille des cristaux et à la viscosité. Notre approche a combiné l'expérimentation (à l'échelle du laboratoire) et la modélisation (cinétique de cristallisation et simulation numérique des écoulements et des transferts thermiques). L'étude expérimentale a été réalisée à l'échelle du laboratoire (dans un simulateur d'ECSR) dans des conditions thermiques et mécaniques contrôlées. Elle a permis de suivre l'évolution structurale (granulométrie) et rhéologique (viscosité) du produit durant la cristallisation. Ensuite, un modèle couplant les transferts thermiques et la cristallisation a été développé afin d'aider à la compréhension des mécanismes et de permettre la simulation de l'évolution du produit durant cette étape de glaçage.
Domaines
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