Projet de thèse
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Projet de thèse
Projet de thèse : Evolution de la microstructure de produits alimentaires surgelés au cours du stockage – Caractérisation expérimentale et modélisation des phénomènes de recristallisation et de sublimation – Application aux produits carnés et végétaux 1. Problématique - Contexte A l'heure actuelle, la surgélation constitue l'un des procédés les plus couramment utilisés pour la conservation des aliments périssables et la réduction des risques sanitaires liés à la croissance microbienne. L'un des avantages des produits surgelés est leur longue durée de vie et donc la possibilité de les stocker sur des périodes étendues. Cependant, si les basses températures empêchent le développement microbien au sein des produits surgelés, ces derniers n'en restent pas moins complètement stables durant leur stockage. Des modifications physiques et chimiques interviennent au cours du stockage et conduisent à une perte de qualité des produits et une réduction de leur durée de vie. Généralement, deux principaux phénomènes physiques se produisent: la recristallisation et la sublimation. Les deux mécanismes sont liés à la stabilité des cristaux de glace et aux phénomènes de diffusion des molécules d'eau au sein du produit surgelé et aboutissent à la modification de sa microstructure. La recristallisation se caractérise par une baisse du nombre de cristaux de glace et une augmentation de leur taille moyenne, et la sublimation se manifeste par la dessiccation des produits et la présence de givre en leur surface et dans les emballages. Dans le cas des produits carnés et végétaux, ces deux phénomènes physiques peuvent entrainer la rupture des cellules et, par conséquent, accélérer les réactions chimiques (telles que l'oxydation et la dénaturation des protéines) et enzymatiques au sein des produits. Cela conduit à la dégradation des qualités sensorielles (apparence, couleur, texture et saveur) et nutritionnelles du produit qui devient alors inacceptable pour le consommateur. Les effets de la recristallisation et de la sublimation pendant le stockage et la distribution des produits surgelés peuvent ainsi annuler les bénéfices liés au procédé de surgélation. La recristallisation et la sublimation ont lieu à température constante mais sont accélérées en cas de fluctuations de température. Le contrôle et le maintien des températures adéquates le long de la chaîne du froid revêtent donc une importance capitale. L'équipe Metfri de l'Unité de Recherche GPAN d'Irstea à Antony développe depuis plusieurs années des compétences sur l'étude des écoulements et transferts dans les produits alimentaires dans la chaine du froid et dans les équipements frigorifiques mis en œuvre dans les différents maillons de la chaine. Cette thématique de la chaine du froid a récemment été élargie aux produits surgelés avec le démarrage d'une étude sur les phénomènes de recristallisation dans la crème glacée stockée sous différentes conditions de températures et de niveau de fluctuations de température (caractérisation expérimentale et modélisation des changements microstructuraux induits). Ce projet de thèse s'inscrit dans la continuité de ces travaux avec la volonté d'élargir les applications aux produits carnés et végétaux, et surtout de caractériser la microstructure interne des produits avec une technique 3D telle que la microtomographie à rayons X. 2. Questions scientifiques posées et objectifs de la thèse Comment maitriser la croissance des cristaux de glace issue des phénomènes de recristallisation et de sublimation qui interviennent dans la chaîne du froid des produits surgelés? La réponse à cette question passe par une meilleure caractérisation de l'évolution de la microstructure des produits en lien avec leur histoire temps-température. La complexité des mécanismes mis en jeu nécessite une approche combinée expérimentation et modélisation afin de permettre une connaissance plus approfondie de ces mécanismes et une bonne maitrise des phénomènes induits. En effet, la croissance des cristaux lors de la recristallisation et la sublimation est le résultat d'un couplage entre les phénomènes de transfert et de transport de chaleur et de matière associés aux aspects de changements de phase. Ce projet de thèse à pour objectif scientifique de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la recristallisation et de la sublimation qui induisent la croissance des cristaux de glace dans les produits surgelés stockés. Une caractérisation expérimentale sera menée sur un produit carné et une produit végétal pour évaluer les changements microstructuraux à l'aide de deux techniques complémentaires (microscopie et microtomographie à rayons X). L'influence de la température de stockage et des niveaux de fluctuations de température sur la taille des cristaux de glace sera évaluée au cours du temps. Une modélisation des phénomènes à l'échelle microscopique sera mise en œuvre afin de mieux prédire les évolutions au sein du produit à l'échelle macroscopique. Cette modélisation s’articulera essentiellement autour des équations de bilan de population, couplées aux lois de transfert de matière et de chaleur, ainsi qu'aux cinétiques de transformation (recristallisation ou sublimation). La microstructure des produits sera ainsi prédite sur la base de leur histoire thermique, et de par là, leur qualité et leur durée de vie pourront aussi être prédite. D'un point de vue technologique, ces modèles mathématiques pourraient être inclus dans des boucles d'optimisation destinées à une meilleure gestion de la chaine du froid des produits surgelés. 3. Organisation de la thèse Lieu: Unité de Recherche de Génie des Procédés Frigorifiques (GPAN) – Irstea - Antony Ecole doctorale: ED 435 – ABIES (Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnements et Santé) Direction de thèse: Graciela ALVAREZ Encadrement: Fatou Toutie NDOYE Date de démarrage: Octobre 2014 Financement: Financement Régional Ile de France – DIM ASTREA (1850 € bruts mensuel) 4. Profil recherché Le candidat devra être diplômé d'un Master 2 recherche ou équivalent en Génie des Procédés, Sciences pour l'ingénieur ou Thermique avec de bonnes connaissances en phénomènes de transferts de matière et d'énergie. Des connaissances en Sciences des Aliments seront appréciées. Le candidat devra également avoir les compétences suivantes: Bonnes connaissances des approches expérimentales, connaissances en analyse d'image appréciées Connaissances en modélisation et simulation (notamment avec le logiciel Matlab) Capacité de rédaction de rapports, de communications et d'articles Bon niveau d'anglais 5. Contact Candidature (CV et Lettre de motivation) à transmettre à: Dr Fatou Toutie NDOYE IRSTEA - Unité de Recherche Génie des Procédés Frigorifiques (GPAN) 1 rue Pierre-Gilles de Gennes CS 10030 F-92761 Antony Cedex Tel : +33 (1) 40 96 61 61 - Fax : +33 (1) 40 96 60 75 [email protected] www.irstea.fr