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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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1. Comportement à la chaleur des produits alimentaires
Parmi les constituants alimentaires présents dans la plupart des aliments, on peut distinguer ceux formés de molécules de faible masse molaire (eau, lipides, sucres…) et ceux formés de macromolécules à chaîne étendue (polyosides ou polysaccharides, protéines fibrillaires, gélatine) ou à structure compacte (protéines globulaires). Ces constituants de l’aliment subissent, sous l’effet de la température, des transformations d’état physique, de structure ou de phase, qui, lorsqu’elles sont proches de l’équilibre, peuvent être analysées par DSC et application de certains modèles thermodynamiques et/ou cinétiques. Il peut s’agir de réactions de cristallisation-fusion, transconformation « hélice-pelote », dénaturation, transition « vitreuse », transformation de phase du type « sol-gel ». Le tableau 1 donne des exemples de constituants alimentaires susceptibles de subir l’une et/ou l’autre des réactions de transformation sous l’effet de la chaleur.
Après un rappel du principe de fonctionnement des équipements DSC les plus utilisés en sciences et technologies alimentaires, nous présenterons des exemples d’application en vue de l’identification et de la caractérisation de la réaction de transformation d’état ou de structure d’ingrédients isolés ou incorporés dans certains aliments, en faisant mention d’applications de la DSC en mode isotherme ou en programmation non linéaire [1].
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CLAUDY (P.) - Analyse calorimétrique différentielle. Théorie et application de la DSC. - Lavoisier, Londres, Paris, New York (2005).
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(2) - PRIVALOV (P.L.), POTEKIN (S.A.) - Scanning calorimetry in studying temperature-induced changes in proteins. - Methods Enzymol. 131, p. 4-51 (1996).
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(3) - LADBURY (J.), CHOWDHRY (B.) - * - Biocalorimetry, Wiley (1998).
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(4) - HÖLNE (G.W.H.), HEMMINGER (W.), FLAMMERSHEIM (H.) - Differential scanning calorimetry. An introduction for practionners. - Spring-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1996).
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(5) - MOHSENIN (N.N.) - Thermal properties of foods and agricultural materials. - Gordon and Breach, New York (1980).
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(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).
HAUT DE PAGE
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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