Transformation de suspensions végétales par un procédé intégré combinant traitement thermique et homogénéisation haute-pression : impact des phénomènes de transfert sur les changements structuraux.

Sustainable production of vegetable suspensions by an integrated thermal and high-pressure homogenization processing: Impact of transfer phenomena on structural changes

• Auteur / Autrice : Paloma Bonilla omil
• Direction : Paul Menut, Ramón Artiaga díaz
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Universidade da Coruña
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SayFood - Paris-Saclay Food and Bioproduct Engineering
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Génie des Produits
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Transferts de masse et de chaleur

Intensification et optimisation de procédés

Transitions structurales et thermiques

Rhéologie de suspensions de lupin

Traitement thermique

Homogénéisation haute-pression

High-pressure homogenization

Lupin suspension rheology

Process intensification and optimization

Heat and mass transfer

Structural and thermal transitions

Thermal processing

Résumé

La transition alimentaire impose aujourd'hui le développement de nouvelles technologies ou la reconfiguration de celles existantes pour la transformation d'aliments d'origine végétale plus respectueux de l'environnement. Pour élaborer ces nouveaux produits, le lupin apparaît comme une légumineuse à fort potentiel, du fait de son intérêt agronomique et nutritionnel. Les graines de lupin contiennent une quantité élevée de protéines (environ 35%), mais aussi des glucides, dont l'amidon, et des lipides. Après broyage, la farine de lupin peut être dispersée dans l'eau pour produire une suspension qui doit être traitée pour obtenir un produit sûr et stable qui pourra ensuite être utilisé dans la fabrication de nombreux produits alimentaires. Dans ce projet, nous proposons un procédé intégré combinant un traitement thermique et une homogénéisation haute pression (procédé THPH) pour tirer profit des fonctionnalités du produit en évitant les étapes de fractionnement (consommatrices d'énergie) ou l'utilisation d'additifs. Le traitement du produit brut dans son ensemble, pour garantir les critères de qualité et de durabilité, nécessitera pour cela l'optimisation des conditions opératoires. Un tel traitement s'accompagne de fortes modifications de la texture et des propriétés nutritionnelles du produit, liées à des transformations structurelles des macromolécules et assemblages macromoléculaires nativement présents. Pour trouver les conditions de fonctionnement optimales, il est donc nécessaire de maitriser ces transformations liées à la qualité du produit. Elles seront étudiées par analyse thermique, notamment pour ce qui concerne les protéines (dénaturation et agrégation), l'amidon (gélatinisation) et les graisses (cristallisation et fusion). À partir de cette étude, nous construirons des diagrammes d'état à partir desquels des conditions de transformation spécifiques seront sélectionnées. La transformation du produit sera étudiée pendant le traitement dans un équipement de laboratoire THPH conçu à cet effet. L'effet couplé du cisaillement, des transferts de chaleur et de la transformation du produit pendant le traitement sera étudié par une approche mécanistique pour identifier les paramètres clés. À partir de ces résultats, une méthodologie d'optimisation multi-objectifs sera développée pour déterminer les meilleures conditions d'exploitation afin de combiner la qualité du produit et durabilité de l'ensemble du procédé d'obtention.

The food transition is nowadays demanding the development of new technologies or the reconfiguration of the existing ones for the processing of more environmentally friendly plant-based foods. To elaborate such new products, lupin is a legume of high potential due to its agronomical and nutritional interest. Lupin seeds contain a large amount of proteins (about 35%), but also carbohydrates, including starch, and fat. After grinding, the lupin flour can be dispersed in water to produce a suspension that has to be processed to obtain a safe and stable product with numerous potential applications in food manufacturing. In this Ph.D. we propose a promising integrated thermomechanical processing combining a thermal treatment and high-pressure homogenization (THPH) to take benefit from the product functionalities avoiding energy-consuming fractioning steps and additives. Processing the entire raw product under the criteria of product quality and sustainability will however require the optimization of the operating conditions. It is well-known that such processing comes with strong changes in texture and nutritional properties, that are linked with structural transformations of the macromolecules and macromolecular assemblies natively present. To find the optimal operating conditions, it is necessary to understand these transformations (i.e. phase transitions and interactions) related to product quality. They will be studied by advanced thermal analysis with a special focus on protein (denaturation and aggregation), starch (gelatinization) and fat (crystallization and melting). From this study, we will build state diagrams from which some processing conditions will be selected. The transformation of the product will be investigated during processing in a THPH lab-scale equipment under these conditions. The coupled effect of shear, heat transfer and product transformation during the processing will be studied by a mechanistic approach to find the key parameters. From these results, a multi-objective optimization methodology will be developed to determine the best operating conditions to combine product quality and sustainability.