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

par Victor Vicent

Projet de thèse en Sciences et procédés des aliments

Sous la direction de Graciela Alvarez et de Bart Nicolaï.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec Catholic University of Leuven , dans le cadre de École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (2015-.... ; Paris) , en partenariat avec GPAN - Génie des Procédés Frigorigiques - UR IRSTEA Antony (laboratoire) et de AgroParisTech (France) (établissement opérateur d'inscription) depuis le 01-10-2014 .


  • Résumé

    La recristallisation et sublimation sont les principaux mécanismes physiques responsables de la dégradation de la qualité organoleptique et nutritive de produits congelés dans toute la chaîne du froid. Les deux phénomènes se produisent à une température constante sur de longues périodes de stockage, mais sont favorisées par des fluctuations de température souvent rencontrés dans la chaîne du froid. La recristallisation se caractérise par une croissance de cristaux de glace par sublimation et dessiccation de la surface des produits et de la formation de givre. Ces changements conduisent alors à la dégradation des propriétés sensorielles et nutritionnelles des produits surgelés. Les conséquences ultimes sont une réduction de leur durée de vie et le rejet par les consommateurs, générant ainsi des pertes de produits alimentaires importants. Les interactions entre la microstructure et la qualité des produits alimentaires congelés au cours de leur stockage et de distribution sont peu étudiées. Cependant, une meilleure compréhension de ces interactions sont nécessaires pour le bon contrôle de la qualité des produits tout au long de la chaîne du froid dans le but d'optimiser la compétitivité du secteur. Ce projet de thèse se propose d'étudier l'évolution de la microstructure de la viande et des légumes surgelés dans des conditions de stockage, à l'égard de recristallisation et sublimation phénomènes. Le travail sera effectué par une approche couplée combinant expérimentation et de modélisation. Deux techniques complémentaires (microscopie et X microtomographie -ray) seront utilisés pour caractériser l'évolution de la taille des cristaux de glace et de la structure interne des produits. De nouvelles méthodologies seront développées en particulier pour la caractérisation des produits congelés par microtomographie X -ray. Informations recherches expérimentales sera utile dans l'élaboration de modèles mathématiques décrivant la recristallisation et la sublimation de produits surgelés. La modélisation des phénomènes à l'échelle microscopique sera mis en œuvre afin de mieux prévoir les changements dans le produit à l'échelle macroscopique. Cette approche de modélisation sera construit principalement autour des équations de bilan de population, associée à la chaleur et de transfert de masse lois, ainsi que la cinétique de transformation (de recristallisation ou de sublimation). La vie microstructure, la qualité et la durée de produits sera prévu en fonction de leur histoire thermique. D'un point de vue technologique, les modèles mathématiques peuvent être inclus dans des boucles d'optimisation pour un meilleur contrôle de la chaîne du froid des produits surgelés qui serait un tremplin à des températures de stockage élevées.

  • Titre traduit

    Evolution of the microstructure of frozen foods during storage - Experimental characterization and modeling of phenomena of recrystallization and sublimation - Application to meat and plant products


  • Résumé

    Recrystallization and sublimation are the main physical mechanisms responsible for the degradation of sensory and nutritional quality of frozen products throughout the cold chain. Both phenomena occur at constant temperature over long periods of storage but are promoted by temperature fluctuations often encountered in the cold chain. Recrystallization is characterized by growth of ice crystals and sublimation by desiccation of the surface of the products and frost formation. These changes then lead to the degradation of sensory and nutritional properties of frozen products. The ultimate consequences are a reduction of their shelf life and consumer's rejection, thereby generating significant food losses. Interactions between microstructure and quality of frozen food products during their storage and distribution are poorly studied. However, a better understanding of these interactions is necessary for the proper control of product quality throughout the cold chain in order to optimize the competitiveness of the sector. This thesis project proposes to study the evolution of the microstructure of frozen meat and vegetables under different storage conditions, with regard to recrystallization and sublimation phenomena. The work will be conducted through a coupled approach combining experimental and modelling. Two complementary techniques (microscopy and X -ray microtomography) will be used to characterize the evolution of the ice crystals size and of the internal structure of products. New methodologies will be developed especially for the characterization of frozen products by X -ray microtomography. Information from experimental investigations will be useful in developing mathematical models describing the recrystallization and sublimation in frozen products. Modelling of phenomena at the microscopic level will be implemented in order to better predict changes in the product at the macroscopic scale. This modelling approach will be mainly built around population balance equations, coupled with heat and mass transfer laws, as well as transformation kinetics (recrystallization or sublimation). The microstructure, quality and shelf life of products will be predicted based on their thermal history. From a technological point of view, the mathematical models could be included in optimization loops for better control of the cold chain of frozen products which would be a springboard to higher storage temperatures.