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RÉSUMÉ
La microcalorimétrie différentielle en programmation linéaire de température ou Differential Scanning Calorimetry (DSC) est en très bonne place parmi les techniques d’analyse thermique utilisées en agroalimentaire. En effet, elle permet de suivre les changements d’état, de phase ou de structure d’ingrédients, tels que les lipides, les sucres et les protéines, et ainsi d’augmenter la maîtrise de leurs procédés de transformation. Cet article est consacré essentiellement à la présentation d’exemples illustrant le comportement à la chaleur de produits alimentaires.
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-
Perla RELKIN : Professeur de biophysique - Laboratoire de biophysique des matériaux alimentaires - École nationale supérieure des industries agricoles et alimentaires (ENSIA Massy)
INTRODUCTION
Les techniques d’analyse thermique (thermogravimétrie, dilatométrie, thermomécanique, thermo-optique ou calorimétrie) sont adaptées pour la caractérisation du comportement de matériaux liquides, solides cristallins ou amorphes, soumis à une variation de température dans une ambiance contrôlée. Le principe de ce groupe de techniques est basé sur la détermination, en fonction de la température, de paramètres physiques tels que masse, volume, capacité thermique, propriétés spectromécaniques ou autres propriétés structurales.
La microcalorimétrie différentielle en programmation linéaire de température ou, en anglais, « Differential Scanning Calorimetry » (DSC) est une des techniques d’analyse thermique les plus utilisées pour la caractérisation de changement d’état, de phase ou de structure d’ingrédients alimentaires (eau, lipides, sucres, protéines, polysaccharides…). Son utilisation en sciences et technologies alimentaires constituant une aide dans le choix de paramètres en vue d’une meilleure maîtrise de certains procédés de transformation ou de conservation, cet exposé sera consacré, pour une très large part, à la description de quelques exemples d’applications réalisées le plus souvent en vue de l’étude du comportement à la chaleur de produits alimentaires.
Pour des rappels et compléments, le lecteur pourra consulter, en plus des références citées dans le texte, les dossiers parus dans les Techniques de l’Ingénieur références [33] [34] [35] [36].
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7. Autres modes de microcalorimétrie utilisés
De nombreux laboratoires de recherche académique ou de grands centres de recherche industrielle utilisent les calorimètres différentiels à balayage, non seulement en programmation linéaire de température, mais aussi dans d’autres modes de programmation : en rampe d’escaliers ( step-wise ), en dents de scie (T-jump ) ou en modulation sinusoïdale (MT-DSC). Les équipements DSC sont aussi utilisés en mode isotherme pour l’étude de réactions mettant en jeu des énergies suffisamment élevées pour être détectées.
Le signal DSC obtenu en programmation de température en rampe d’escaliers ou en dents de scie peut être modélisé par une ou plusieurs fonctions exponentielles :
avec :
- (dh /d t )∞ :
- flux de chaleur en fin de réaction
- A1 et A2 :
- valeurs du flux de chaleur à t = 0
- τ1 et τ2 :
- temps caractéristiques de transformation du produit.
Le principe de fonctionnement de la DSC à programmation modulée de température (MT-DSC) est basé sur une programmation de température résultant de la superposition d’une composante linéaire et d’une composante sinusoïdale :
avec :
- β = d T /dt = β0 + AT ω cos (ωt ) :
- vitesse de programmation de température
- ω = 2π/p :
- pulsation (p période de la modulation).
Le flux de chaleur qui résulte de cette programmation...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CLAUDY (P.) - Analyse calorimétrique différentielle. Théorie et application de la DSC. - Lavoisier, Londres, Paris, New York (2005).
-
(2) - PRIVALOV (P.L.), POTEKIN (S.A.) - Scanning calorimetry in studying temperature-induced changes in proteins. - Methods Enzymol. 131, p. 4-51 (1996).
-
(3) - LADBURY (J.), CHOWDHRY (B.) - * - Biocalorimetry, Wiley (1998).
-
(4) - HÖLNE (G.W.H.), HEMMINGER (W.), FLAMMERSHEIM (H.) - Differential scanning calorimetry. An introduction for practionners. - Spring-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1996).
-
(5) - MOHSENIN (N.N.) - Thermal properties of foods and agricultural materials. - Gordon and Breach, New York (1980).
-
(6) - SHAFIUR RAHMAN - Food properties. Handbook. - F.M. Clydesdale (éd.), CRC Press, New York (1995).
- ...
Dans les Techniques de l’Ingénieur
SIRET (C.) - Structure des aliments - F 1 012. Base documentaire « Agroalimentaire » (2004).
SCHUFFENECKER (L.), JAUBERT (J.-N.), SOLIMANDO (R.) - Formalisme et principes de la thermodynamique. - AF 4 040. Base documentaire « Physique-chimie » (1999).
ÉLÉGANT (L.), ROUQUEROL (J.) - Application des microcalorimètres aux mesures thermiques. - R 3 010. Base documentaire « Mesures physiques » (1996).
DIOT (M.) - Capacités thermiques. - R 2 970. Base documentaire « Mesures physiques » (1993).
BAUER (M.) - Cristallisation et polymorphisme. - AF 3 640 AF 3 641 AF 3 642. Base documentaire « Physique-chimie » (2004).
PEPIN (V.) - Cacaos et chocolats : - Traitement et fabrication. F 6 170. Base documentaire « Agroalimentaire » (2002).
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Association Française de Calorimétrie et Analyse Thermique (AFCAT) http://www.afcat.org
European Virtual Institute for Thermal Metrology (EVITHERM) http://www.evitherm.org
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