Modélisation de la viscosité de suspensions de particules molles végétales et observation directe des particules en milieu encombré
Cassandre Leverrier  1@  , Gérard Cuvelier  1@  , Giana Almeida  1@  , Paul Menut  1, 2@  
1 : UMR Ingénierie Procédés Aliments, AgroParisTech, Inra, Université Paris-Saclay, 91300 Massy, France
AgroParisTech, Institut national de la recherche agronomique (INRA) : UMR1145
2 : Montpellier SupAgro
Montpellier SupAgro

Les purées de pommes sont des suspensions concentrées de particules non colloïdales (180 μm), non- sphériques et très déformables. Ces particules sont délimitées par une paroi cellulaire végétale et remplies par la phase continue. Sous contrainte ou lorsque la concentration en particules augmente, elles se compriment, ce qui rend difficile la détermination de leur fraction volumique réelle et la compréhension de leurs propriétés rhéologiques. En général, le comportement rhéologique des suspensions de particules végétales est décrit par trois domaines de concentration : un domaine dilué dans lequel les particules interagissent peu (newtonien), un domaine intermédiaire marqué par l'apparition d'un réseau entre les particules (comportement de fluide à seuil, caractérisé par un module élastique à faible déformation qui augmente fortement avec la concentration en particules) et un domaine concentré dans lequel les particules sont contraintes de se déformer pour s'adapter à l'espace environnant et permettre l'écoulement (le module élastique est de l'ordre de 103 Pa et la dépendance à la concentration en particules diminue).

En combinant microscopie confocale et reconstruction 3D, nous avons développé́ un protocole pour déterminer le volume de cellules dans des suspensions concentrées de particules végétales. Ce travail a permis de mettre en évidence que le volume des cellules diminue uniquement dans les suspensions fortement concentrées. Par observation directe au sein de l'échantillon, nous apportons ainsi la preuve de la capacité́ des particules végétales à se comprimer et à diminuer ainsi leur volume lorsque la concentration augmente.

Dans ce travail, nous proposons également un moyen d'accéder à la fraction volumique apparente des particules et un modèle décrivant la dépendance de la viscosité à la concentration sur une large plage de concentrations. Le modèle proposé, adapté du modèle de Mendoza (Mendoza 2013), s'ajuste avec précision aux résultats expérimentaux obtenus sur des purées de pommes de distribution granulométrique variable et sur des suspensions modèles reconstituées dans plusieurs phases continues. Les paramètres du modèle reflètent la rigidité et l'asphéricité des particules.

Ce travail offre des perspectives intéressantes pour l'industrie des fruits et légumes transformés et a permis une avancée vers la modélisation de ces systèmes.

Références :
Day L., Xu M., Øiseth S.K., Hemar Y. & Lundin L. (2010). Control of Morphological and Rheological Properties of Carrot Cell Wall Particle Dispersions through Processing. Food and Bioprocess Technology, 3(6), 928–934. doi :10.1007/s11947-010-0346-0.
Espinosa-Muñoz L., Renard C., Symoneaux R., Biau N. & Cuvelier G. (2013). Structural parameters that determine the rheological properties of apple puree. Journal of Food Engineering, 119(3), 619–626. doi :10.1016/j.jfoodeng.2013.06.014.
Mendoza C.I. (2013). Model for the Shear Viscosity of Suspensions of Star Polymers and Other Soft Particles. Macromolecular Chemistry and Physics, 214(5), 599–604. doi :10.1002/macp.201200551.

 


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