Séchage de gouttes uniques et monodisperses de mélanges de protéines laitières

Drying of mixes of dairy protein using single and monodisperse droplet experiments

• Auteur / Autrice : Ming Yu
• Direction : Romain Jeantet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'aliment
• Date : Soutenance le 19/01/2022
• Etablissement(s) : Rennes, Agrocampus Ouest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et Technologie du Lait et de l'Oeuf / STLO
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Ruiz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martine Meireles, Guillaume Delaplace

Mots clés

Mots clés libres

Séchage

Caséines

Protéines solubles

Peau

Transition sol-gel

Particule

Drying

Caseins

Whey proteins

Skin

Sol-gel transition

Particle

Résumé

Afin de garantir les propriétés des formules infantiles, un parfait contrôle du séchage est nécessaire. Mais comprendre la transition goutte à particule est difficile au sein d’enceintes fermées et au vu des cinétiques de séchage. Cette thèse vise à étudier la formation de la peau en surface de gouttes de mélange de de protéines solubles (WPI) et micelles de caséine (NPC), qui influence la morphologie et les propriétés des particules.L’influence du rapport WPI/NPC (WPI%R) sur la formation de la peau, la morphologie des particules et la cinétique de séchage a été démontrée sur goutte unique. Au-delà d’un WPI%R critique, les protéines solubles contrôlent les caractéristiques interfaciales, depuis la transition sol-gel jusqu’à solidification complète. 4 morphologies caractéristiques ont été observées selon un diagramme de phase validé en séchage monodisperse et fonction de la concentration protéique globale (Cp) et duWPI%R. Ainsi, l’augmentation de Cp induit une transition sol-gel précoce, réduisant la contraction volumique et la délamination des particules. Par ailleurs, le remplacement des NPC par des caséinates de sodium dans les mélanges conduit à un comportement intermédiaire induit par leurs caractéristiques physico-chimiques et de taille. Enfin, un modèle préliminaire a été établi pour prédire la transition de phase des gouttelettes lors du séchage par atomisation.Ce travail permet de mieux comprendre la phénoménologie du séchage des colloïdes laitiers, et plus généralement la physique de la structuration de l’interface de systèmes polydispersés. Ses perspectives concernent la formation de particules à partir de formulations plus complexes représentatives de produits nutritionnels.

In order to guarantee the properties of infant formulas, perfect control of drying is necessary. It requires understanding the drop-to-particle transition, which is still difficult given the closed feature of drying chambers and the fast-drying kinetics. This thesis aims to study the skin formation on the surface of drops of mixture of whey proteins (WPI) and casein micelles (NPC), which effect the morphology and properties of the particles.The impact of the WPI / NPC (WPI%R) ratio on skin formation, particle morphology and drying kinetics has been explored on single drop. Beyond a critical WPI%R ratio, WPI control the interfacial characteristics, from the sol-gel transition to solidification, since WPI prefers to accumulate at outer layer of the skin. In addition, 4 characteristic morphologies were observed according to a phase diagram as a function of the overall concentration (Cp) and of the WPI%R .ratio validated in monodisperse drying. Regardless of WPI%R, the increase in Cp induces an early sol-gel transition, with reduced shrinkage and delamination of the particles. Besides, replacing NPC with sodium caseinates (SC) in the mixes showed an intermediate behavior induced by their physico-chemical properties and their smaller size. Finally, a preliminary model was established to predict the droplet phase transition in spray drying chambers.This work provides a better understanding of the phenomenology of the drying of dairy colloids, and more generally of the physics of the structuring of the interface of polydispersed systems. The perspectives of this study concern the formation of particles from more complex formulations representative of nutrional products.