Etudes expérimentales et numériques du procédé de chauffage ohmique appliqué à la panification

Experimental and numerical studies of the ohmic heating process applied to baking

• Auteur / Autrice : Thimothée Gally
• Direction : Alain Le Bail
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie des procédés
• Date : Soutenance le 26/10/2017
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole nationale vétérinaire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)

Mots clés

Mots clés libres

Chauffage ohmique

Panification

Fermentation

Ohmic heating

Bread making

Proofing

Résumé

Ce travail consiste en l’étude de la faisabilité de l’application du chauffage ohmique aux opérations de fermentation et de cuisson de la pâte à pain, dans l’objectif d’une production de pain de mie sans croûte. Les caractéristiques de la pâte ont été étudiées, et principalement l’évolution de sa conductivité électrique – moteur de la génération de chaleur en chauffage ohmique. La conductivité électrique est très fortement dépendante des teneurs en sel et en eau de la pâte. Elle augmente également avec la température, mais diminue avec la porosité de la pâte et lors de la gélatinisation de l’amidon. Des équations simples ont pu être déterminées pour son calcul. Un premier modèle thermique a été développé afin de mieux comprendre la formation de gradients de température au sein du produit.Un prototype de four ohmique a été construit, permettant de réaliser à la fois la fermentation et la cuisson de pain de mie sans croûte. L’utilisation du chauffage ohmique permet une réduction significative de la phase de latence et donc du temps de fermentation. Une analyse d’images par tomographie rayons X a montré une porosité plusdéveloppée dans le produit fini, de même qu’une croissance des pores plus importante dans la partie supérieure du pain, contrairement à une cuisson conventionnelle.L’utilisation du chauffage ohmique en panification peut mener à des gains énergétiques potentiels d’un facteur 10. Les rendements énergétiques du procédé ont été évaluéssur gel de tylose, et sont comparables aux valeurs observées par de précédents auteurs. Enfin, un modèle numérique simplifié de transfert de chaleur et de matière a été développé, dans le but d’être employé comme outil prédictif lors d’une cuisson de pain par chauffage ohmique.

This work aims at studying the feasibility of applying ohmic heating to the proofing and baking steps of bread dough, for an objective of crustless bread production. The characteristics of the dough were studied, and mainly the evolution of its electrical conductivity – keyvariable of the heat generation in ohmic heating. The electrical conductivity is highly dependent on the salt and water contents of the dough. It also increases with the temperature, but decreases with the porosity of the dough and during the starch gelatinization step. Simple equations were used to calculate its evolution. A first thermal model was developed to understand better the formation of temperature gradients in the product.An ohmic oven prototype was built in order to realize proofing and baking of crustless bread in the same apparatus. The use of ohmic heating leads to a significant decrease of the lag time and therefore of the proofing time. An X-ray tomography image analysis showed a higher development of the porosity in the final product when using ohmic heating, as well as a more developed network in the upper part of the bread, contrary to a conventional baking.The use of ohmic heating may lead to potential energy savings of a factor of 10. The energy rates of the process were calculated using a gel of tylose, and were in the range of what could be observed by previous authors. Finally, a simplified numerical model of heat and mass transfer was developed, to be used as a predictive tool during the baking of bread by ohmic heating