Chapitre IV : Matériels et Méthodes 1 Matériels 1.1 Le thermorésistomètre Mastia® Le thermorésistomètre Mastia® (Université de Carthagène, Espagne) (figure IV – 1) est un dispositif expérimental qui a été élaboré initialement pour étudier des profils de destructions de spores et de bactéries (Conesa et al., 2009b, Palop et al., 2012). Ce projet est la première fois que cet appareil est utilisé en chimie alimentaire pour établir des profils de cinétiques de destruction thermique de nutriments. Figure IV - 1 : Thermorésistomètre Mastia® utilisé pour les études cinétiques Cet appareil permet tout particulièrement : - De travailler sur des plages de températures allant de 20 °C à 150 °C sous pression jusqu’à 5.105 Pa ; - D’utiliser des gaz sous pression tels que N2, O2ou de l’air ; - D’avoir une agitation constante régulée ; - De prélever ou d’injecter à tout moment pendant le traitement thermique, même sous pression, et ce sans perturber le milieu expérimental ; - De travailler avec des volumes importants (maximum 400 mL) ; Figure IV - 2 : Schéma du thermorésistomètre Mastia®, d’après R. Conesa et al. dans « Nonisothermal heat resistance determinations with the thermoresistometer Mastia », Journal of Applied Microbiologie, 2009 Avec : A : Système de refroidissement 1 : Anneau de refroidissement B : Automate Programmable Industriel (API) 2 : Résistance chauffante C : Écran tactile 3 : Hélice D : Ordinateur 4 : Tube de prélèvement d’échantillon E : Récipient 5 : Thermocouple F : Couvercle à vis 6 : Manomètre G : Source de gaz 7 : Valve de prélèvement d’échantillon H : Seringue spécifique 8 : Valve du système de refroidissement I : Moteur d’agitation J : Régulateur PID Ce thermorésistomètre TR-SC (figure IV – 2) possède une résistance chauffante (2) et un anneau de refroidissement (1) dans lequel circule de l’eau froide initialement à 2 °C dans le système de refroidissement (A). Cet instrument est doté d’un Automate Programmable Industriel (API) (en anglais PLC pour « Programmable Logic Controller ») (B) qui permet de contrôler la résistance chauffante d’une puissance de 2 kW (2) et le système de refroidissement (A). Le PLC (B) est connecté à un écran tactile (C) permettant la communication avec ce dernier, et un ordinateur (D) contenant un logiciel capable de programmer et/ou d’enregistrer des profils de température. Le volume de travail du thermorésistomètre est constitué d’un récipient en acier inoxydable de 12 cm de hauteur, de 8,5 cm de diamètre extérieur et de 7,8 cm de diamètre intérieur (E) possédant un revêtement en téflon (PTFE), qui se visse sur le couvercle à vis du thermorésistomètre (F). un orifice relié à la source de pression : gaz comprimé (G), un deuxième servant d’orifice d’injection et contenant le septum, un troisième maintenant le tube de prélèvement d’échantillon (4), un quatrième pour maintenir la sonde de température (thermocouple) (5), deux orifices maintiennent les deux branches de la résistance chauffante (2), et les deux derniers maintiennent les deux branches de l’anneau de refroidissement (1). Le récipient (E) peut être pressurisé de façon modulable grâce au manomètre (6) connecté à la source de pression (G). La mise sous pression est nécessaire afin de permettre l’extraction d’échantillons, et pour éviter l’ébullition, ce qui autorise à travailler au-dessus de 100°C en solution aqueuse. Une seringue spécifique (H) (Hamilton CR-700, volume max 200 µL, volume mort 6,81 µL) doit donc être utilisée pour injecter un échantillon afin de contrer l’effet de la pression au sein du récipient. Fonctionnement du dispositif : La vitesse d’agitation du produit peut être réglée par la vitesse de rotation de l’arbre et donc du moteur (I) à l’aide du PLC. Le tube de prélèvement d’échantillon (4) est fixé à une valve de prélèvement (7) de telle sorte que l’extrémité basse de ce tube soit proche de l’extrémité basse du récipient (E). Le temps d’ouverture de la valve peut être réglé par un chronomètre à l’aide du PLC, mais il est également possible d’ouvrir cette valve manuellement par une simple pression. Le contrôle de la température se fait à l’aide du PLC au moyen d’un PID (Proportional Integral Derivative) (J) connecté à la résistance chauffante, à la valve solénoïde (8) régulant le flux d’eau froide à travers le système de refroidissement (1), et au thermocouple (5). Lorsque le PID détecte que la température interne du récipient est inférieure à la température paramétrée, le PLC actionne la résistance chauffante (2), et lorsque le PID détecte que la température interne du récipient est supérieure à la température paramétrée, le PLC actionne la valve solénoïde (8) incorporée au système de refroidissement (A) pour contrôler le flux d’eau froide à travers l’anneau de refroidissement (1). Le maintien de la température est contrôlé par des alternances chaud/froid. Cet appareil peut être programmé pour exécuter des expériences isothermes et non isothermes à rampe linéaire de montée et de descente de température, ainsi que des expériences plus complexes, composés de plusieurs périodes isothermes et non isothermes. 1.2 Consistomètre de Bostwick Le consistomètre de Bostwick (Référence C0405520, Gosseron, Coueron, France) permet de déterminer la consistance d’un produit en mesurant sa résistance à l’écoulement dans des conditions spécifiques et pendant un laps de temps donné. Il consiste en une cuve rectangulaire séparée en deux parties par une porte guillotine (figure IV – 3). Figure IV - 3 : Consistomètre de Bostwick La plus petite section sert de réservoir pour le matériel à évaluer. La plus grande section est munie de graduations de 0,5 cm partant de la porte et allant jusqu'à l'extrémité opposée. La porte est actionnée par un ressort. Ce mécanisme assure une libération instantanée du produit. Les graduations atteintes par le produit en écoulement sont relevées 5 secondes puis 30 secondes après l’actionnement de la porte guillotine. 1.3 Sonde à oxygène PreSens La concentration en oxygène dissous a été mesurée à l’aide d’un appareil PreSens Fibox 4 (Regensburg, Allemagne) couplé à une sonde optique avec un capteur de type PSt3 (limite de détection 30 Pa de pression d’oxygène ; 0,015 mg/L de concentration en oxygène dissous). La gamme de température de mesure de cet appareil est de 20 à 85 °C. Toutes les mesures de concentrations en oxygène dissous ont été conduites à 20 °C. 1.4 Produits chimiques Tous les produits chimiques utilisés proviennent de Fisher Chemical (Illkirch, France) et sont de qualité analytique ou meilleures. 1.5 Solution modèle Pour nos études en solution modèle, des tampons McIlvaine ont été utilisés (McIlvaine, 1921). Ces tampons sont préparés à partir d’une solution d’acide citrique monohydrate (C6H8O7.H2O) à 0,1 mol.L-1 (21,01 g/L) et d’une solution de phosphate disodique (ou hydrogénophosphate de sodium, Na2HPO4) à 0,2 mol.L-1 (28,40 g/L), mélangées dans les proportions indiquées par le fournisseur (Sigma-Aldrich), puis complétés avec de l’eau distillé jusqu’à obtention d’un litre de solution tampon. Le contrôle du pH a été effectué avec un pH-mètre (WTW inoLab pH 730, Weilheim, Allemagne). 1.6 Matrices alimentaires Les matrices alimentaires choisies pour ce projet sont la purée de pomme, la purée de carotte et le jus de carotte. Ce sont des produits représentatifs des fruits, au pH plutôt acide, et des légumes, au pH plus élevé. De plus, leur texture est supposée suffisamment fluide et homogène pour être manipulée en laboratoire. 1.6.1 Purée de pomme Une purée de pomme brute (pommes Golden® broyées et raffinées) a été préparée dans la halle technologique du CTCPA. La préparation a lieu comme suit : les pommes sont lavées, coupées et passées dans le mélangeur-cuiseur Stephan UMM/SK44 (Série 715.334.01, Hamelin, Allemagne) chauffé à 94 °C pendant 10 minutes, par méthode « hot break ». La purée brute obtenue est recueillie et transférée dans une raffineuse 8/10ème Auriol PHB 7167 (Marmande, France) (pour séparer la chair des pépins, tiges, …), puis la chair raffinée est repassée au mélangeur-cuiseur pour un dégazage suivi d’un refroidissement. Un quart de cette purée raffinée est récupérée puis placée en cellule de refroidissement rapide, une autre partie est récupérée pour être désaérée au préalable dans un désaérateur FrymaKoruma CH-4310 LVE B (Série M16356, Rheinfelden, Suisse) afin d’obtenir une purée de pomme dépourvue d’air. L’autre moitié est passée dans un homogénéisateur haute pression Bertoli Molecola 3230 (Reggio d’Emilia, Italie) puis séparée en deux lots, un lot est placé en cellule de refroidissement rapide, un autre est désaéré au préalable. Les lots de purée non désaérées ont été conditionnés en boîte de conserve, tandis que les lots de purées désaérées ont été conditionnés en barquette. Cependant, les barquettes ont été remplies à l’air libre avant d’être passées à la thermoscelleuse, ce qui pourrait éventuellement réaérer en partie le produit. Nous avons choisi de fabriquer nous-même la purée de pomme au CTCPA afin de pouvoir en contrôler la composition : il s’agit uniquement de pommes broyées, sans ajout de sucre ou de vitamine C autres que ceux contenus naturellement dans la pomme, ces composés étant supposés être détruits au cours de la cuisson. Cela permet ainsi d’avoir un échantillon d’analyse ayant une concentration initiale en acide ascorbique proche de zéro. La quantité d’acide ascorbique dosée correspondra donc uniquement à la quantité rajoutée lors de l’enrichissement des échantillons directement dans le thermorésistomètre (concentration initiale en AA choisie de 450 mg/L. Cette purée de pomme a un pH mesuré de 3,5. 1.6.2 Purée de carotte La purée de carotte est une purée du commerce (achetée à Promocash) : purée de carotte cuisinée Daucy, ingrédients : carottes 92 %, crème fraîche, amidon modifié de pommes de terre, sel, sucre, poivre (pH = 6,2). 1.6.3 Jus de carotte Le jus de carotte est également un jus du commerce : Jus de carotte Bio Auchan (acidifié au jus de citron), ingrédients : jus de carotte, acidifiant : jus de citron (pH = 4,31). Dans le document Conception et exploitation d’un dispositif expérimental instrumenté pour la prévision de la dégradation de la qualité nutritionnelle et de l’inactivation microorganismes dans les fruits et légumes transformés (Page 136-141)
