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Thèse soutenue

Séchage par atomisation : prorpiétés des collages des particules en relation avec l'agglomération

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Auteur / Autrice : Alessandro Gianfrancesco
Direction : Elisabeth Dumoulin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés alimentaires
Date : Soutenance en 2009
Etablissement(s) : Institut national agronomique Paris-Grignon (1971-2006)

Résumé

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Les poudres alimentaires instantanées (lait, soupe, jus, café) sont habituellement produites par séchage par pulvérisation, suivi d’une étape ultérieure d’agglomération pour augmenter la taille des particules (de 50-100 μm à 250-500 μm) avec une distribution de taille étroite et une structure modifiée (porosité), pour améliorer la manutention et les propriétés instantanées (mouillabilité, dispersibilité, solubilité). L’agglomération est réalisée dans un lit fluidisé intérieur ou extérieur à la chambre de séchage, ou par réinsertion des fines (sèches) dans la chambre. L’agglomération de particules passe par les contacts et l’adhésion entre particules pour créer des liaisons entre elles. Les propriétés collantes de la surface d’une particule dépendent de la présence de constituants capables de développer un comportement collant. Pour les polysaccharides le collage est lié à la transition vitreuse, en relation avec la teneur en eau, l’activité de l’eau et la température, paramètres représentatifs du séchage. Une méthode est développée pour relier l’évolution des propriétés de l’air de séchage au séchage des particules dans la chambre. Les mesures de la température de l’air et de son humidité relative ont permis de calculer l’évolution de la teneur en eau des gouttes dans la chambre, et d’en déduire des conditions opératoires et positions où les particules seraient collantes. Des solutions aqueuses de produits modèles (collants) (maltodextrine DE12 et DE21) ont été séchées dans un séchoir pilote en co-courant, avec turbine de pulvérisation. L’effet de différents paramètres ont été étudiés : le débit liquide (1 à 3,2 kg. H-1 d’eau évaporée), la température d’entrée de l’air (144 à 200°C), le débit d’air (80 – 110 kg. H-1) et la vitesse de rotation de la turbine (22500 à 30000 rpm). Les particules de maltodextrine DE12 sont rapidement séchées en dessous de la température de transition vitreuse, et le collage est envisagé seulement près de l’atomiseur. La maltodextrine DE21 montre un comportement collant dans une large partie de la chambre, dû à de plus faibles températures de transition vitreuse, en particulier pour des forts débits de liquide et des faibles températures de l’air de séchage. La mécanique des fluides numérique (CFD) est aussi utilisée pour simuler le séchage de solutions, et pour prédire l’existence de conditions collantes. Ces conditions ont été testées et validées par des essais d’agglomération réalisés en introduisant de la poudre à différents endroits dans la chambre. Enfin, cette approche expérimentale basée sur la mesure des propriétés de l’air a été appliquée pour interpréter le comportement au séchage d’un produit différent (hydrolysat de protéines) dans un séchoir pilote à plus grande échelle, équipé d’un retour de fines et d’un lit fluidisé interne.