Étude du lien entre la physico-chimie de dérivés laitiers et leur aptitude à l’encrassement lors du traitement thermomécanique en échangeur de chaleur

par Marwa Khaldi

Thèse de doctorat en Ingénierie des fonctions biologiques


  • Résumé

    Ce travail de thèse est une contribution à la compréhension de l’encrassement des échangeurs de chaleur à plaques (ECP) lors du traitement thermique de solutions de protéines du lactosérum. Ce travail vise principalement à établir les liens existants entre la composition des différentes solutions de lactosérum (teneurs en β-lactoglobuline (β-lg) et en calcium), leurs comportements en dénaturation et leurs aptitudes à encrasser les surfaces chaudes de l’ECP. Cette étude a montré l’influence de la teneur en calcium et du ratio molaire calcium/protéine sur les mécanismes de dénaturation thermique de la β-lg, les distributions des masses de dépôt protéique, la dynamique de formation de dépôt et la structure des premières couches de dépôt en surface. Par ailleurs, la détermination des constantes cinétiques de dénaturation chaude de la β-lg et la connaissance de l’histoire thermique du produit ont permis de simuler les profils de concentrations des différentes espèces de β-lg (native, dépliée et agrégée) le long de l’ECP et d’étudier la corrélation entre la masse de dépôt sec et les quantités de β-lg dénaturées dans l’ECP. Ainsi, cette simulation a pu mettre en évidence le faible rôle des agrégats dans les mécanismes d’encrassement et à la fois l’influence de l’espèce dépliée et de la teneur en calcium dans la distribution du dépôt protéique. Enfin, une corrélation originale entre la distribution de la masse de dépôt sec dans chaque canal de l’ECP et les paramètres cinétiques de dénaturation a été établie pour chaque solution protéique modèle étudiée, montrant ainsi l’impérieuse nécessité des approches de génie de la réaction chimique pour prédire l’encrassement protéique.

  • Titre traduit

    Relationship between milk derivatives' physical chemistry and their ability to foul during thermomechanical treatments in heat exchanger


  • Résumé

    This Ph.D. work is a contribution for understanding the fouling in plate heat exchangers (PHE) during the heat treatment of whey protein solutions. This work aims at establishing the relationship between the composition of the different whey protein solutions (β-lactoglobulin content (β-lg) and calcium), their denaturation behaviour and their ability to foul the hot surfaces of the PHE.This study showed the strong impact of the calcium content and the calcium/protein molar ratio on the β-lg thermal denaturation mechanisms, the distributions of the deposit fouling, deposit formation dynamics and the structure of the first deposit layers.The determination of the β-lg denaturation kinetic constants and the knowledge of the thermal profile allowed to simulate the concentration profiles of the different β-lg species (native, unfolded and aggregated) along the PHE and to study the correlation between the dry deposit mass of and the amount of denatured β-lg in the PHE. This simulation highlighted the negligible role of the aggregates in the fouling mechanisms and both the influence of the unfolded species and the calcium content on the distribution of protein deposition. Finally, a new correlation between the distribution of dry deposit masses in each channel of the PHE and the denaturation kinetic parameters was determined for each studied protein solution, showing thus that chemical reaction engineering approaches are requested for predicting proteinaceous fouling.


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