Structuration des interfaces huile / eau et air / eau en présence de mélanges de tensioactifs : l’apport de la rhéologie interfaciale dynamique couplée à la mesure de tension surface

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Structuration des interfaces huile / eau et air / eau en présence de mélanges de tensioactifs : l’apport de la rhéologie interfaciale dynamique couplée à la mesure de

tension surface

Samir Mezdour, Camille Michon

To cite this version:

Samir Mezdour, Camille Michon. Structuration des interfaces huile / eau et air / eau en présence

de mélanges de tensioactifs : l’apport de la rhéologie interfaciale dynamique couplée à la mesure de

tension surface. 45e Colloque du Groupe Français de Rhéologie, Oct 2012, Pau, France. �hal-01644028�

UMR1145 Ingénierie Procédés Aliments ¹

Structuration des interfaces huile / eau et air / eau en présence de mélanges de tensioactifs :

l’apport de la rhéologie interfaciale dynamique couplée à la mesure de tension surface.

C. Michon et S. Mezdour

Crème fouettée

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Camille MICHON – Conférence du GFR, Pau 31 novembre 2012 2

Capacité à foisonner de la crème fleurette en fonction de la quantité de matière grasse

24% p/p en matière grasse

(Michon et al., 2006)

> 33 % p/p en matière grasse

?

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Mécanisme de stabilisation de la crème fouettée

3 Bulle

d’air

Protéine Globule gras

Matière grasse partiellement cristallisée

Gouttelles

stabilisent l’interface des bulles d’air

Formation du réseau tridimentionnel

qui permet l’augmentation de la fermeté et connecte les bulles d’air entre elles

Gouttelles coalescent

partiellement D’après Goff, Cours en ligne

Camille MICHON – Conférence du GFR, Pau 31 novembre 2012 20 µm

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4

Capacité à foisonner de la crème fleurette en fonction de la quantité de matière grasse

24% p/p en matière grasse

(Michon et al., 2006)

> 33 % p/p en matière grasse

Addition d’hydroxypropyl cellulose

Camille MICHON – Conférence du GFR, Pau 31 novembre 2012

?

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5

L’hydroxypropyl cellulose

Dérivé de la cellulose du bois ou du coton

Polyose neutre à chaîne étendue

Applications: Crème végétale foisonnée (décors gâteaux) Activité de surface : réputé pour son pouvoir moussant

H2O OR H O

H OR H

H

O H

H H

CH2

H H

OH OH

O CH2

H C OR

CH₃ O

O

R= C H CH2 CH3

OH

H OR

Structure de l’unité répétitive de l’hydroxypropyl cellulose

Zones Hydrophobe

5

Camille MICHON – Conférence du GFR, Pau 31 novembre 2012

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6

Méthode

Configuration : goutte ou bulle montante Modes

« statique » : cinétique d’adsorption

γ

π

= γ

- γ

« dynamique » : propriétés viscoélastiques

ε ’

; ε ”

; tan δ

1: banc optique 2: source de lumière 3: cuve 4: seringue 5: moteur 6: camera CDD 7:ordinateur 8:

moniteur

Tracker IT Concept, France

6

Camille MICHON – Conférence du GFR, Pau 31 novembre 2012

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7

Adsorption de l’HPC à l’interface Huile/Eau

Trois phases distinctes:

1. Latence : temps nécessaire à la couverture de toute la surface par les macromolécules 2. Augmentation de la pression de surface

: réorganisation des macromolécules permettant l’adsorption de nouvelles chaînes

3. Equilibre :l’interface arrive à saturation Temps de latence = 0.3 * C^-1.2

La première phase d’adsorption est essentiellement concentration dépendante

0 1 2 3 4 5

-5 -4 -3 -2 -1 0

Log[HPC] /g.L^-1 temps de

latence 18

16 14 12 10 8 6 4 2

010⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ Log t /s

Pression de surface / mN.m-1

1 g/L

0.1 g/L

0.04 g/L 0.01 g/L 0.001 g/L 0.0001 g/L

H/E

9 µL

7

Camille MICHON – Conférence du GFR, Pau 31 novembre 2012

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Adsorption de l’HPC à l’interface Huile/Eau

9 µL

0 1 2 3 4 5

-5 -4 -3 -2 -1 0

Log[HPC] g/L

Log(t) /s

18 16 14 12 10 8 6 4 2

010⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ Log t /s

Pression de surface / mN.m-1

1 g/L

0.1 g/L

0.04 g/L 0.01 g/L 0.001 g/L 0.0001 g/L

temps de latence

H/E A/E

Comparaison avec l’interface Air/Eau

H/E

A/E

8

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9

Propriétés viscoélastiques de l’interface en cours d’adsorption

[HPC] = 10^-2 g/L ; amplitude 10 % ; frequency 0.05 Hz.

Réorganisation à l’interface

=> brosse

H/E

9 µL

•Phase 1 : ε’ quand Π

•Phase 2 : ε’ quand Π

Π

ε ’

0 10 20 30 40 50

0 5 10 15 20

HPC

Phase 1 Phase 2

9

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Représentation schématique de la réorganisation de l’HPC à l’interface.

Max

huile

eau

Phase 1

eau HPC

Zone hydrophobe

huile

D’après Millet et al., 1999

Phase 2

huile

eau

Structure en « brosse »

10

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Mélanges HPC/ tensioactifs de petite taille de HLB faible

[HPC] = 10^-2 g/L ; [lécithine] = 10^-2 g/L

• Lécithine : plus rapidement à l’interface

• Mélanges :

Temps courts : lécithine Temps longs : HPC ou lécithine ou les 2 ?

ε’ Modulus (mN/m)

• Lécithine : une fois la surface couverte, l’interface est très élastique

• Mélange: la lécithine domine ; mais l’HPC apporte de la viscoélasticité ( ε’

et tan δ / lécithine seule)

=> L’HPC gêne un peu l’adsorption de la lécithine ?

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Représentation schématique de l’organisation de l’HPC et de la lécithine à l’interface

12 OIL

Water

HPC OIL

Water

Lecithin

Lecithin

Hydrophobic zone

HPC OIL

Water

temps

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[HPC] = 10^-2 g/L ; [lécithine] = 10^-2 g/L [HPC] = 10^-2 g/L ; [sorbitol] = 3,3 10^-2 g/L

• Sorbitol : plus rapidement à l’interface

• Mélanges :

Temps courts : sorbitol Temps longs : HPC ou HPC + sorbitol ?

Mélanges HPC/ tensioactifs de petite taille de HLB élevé

ε’ Modulus (mN/m)

1 max 2

Phases:

• L’HPC domine le comportement viscoélastique en présence de sorbitol

• Le sorbitol, pour une même pression de surface, augmente ε’

=> Le sorbitol serait enchâssé dans les

« poils de brosse » de l’HPC ?

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Mélanges HPC / phosphocaséinates de sodium

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Time (s)

Le PPCN colonise l’interface en premier.

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Il est ensuite remplacé par l’HPC

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Conclusion

L’HPC présente une activité de surface à l’interface air/eau mais également à l’interface huile/eau

A l’interface huile/eau l’ajout de tensioactif d’HLB différentes permet

De stabiliser l’interface immédiatement lors de la formation de la goutte D’obtenir des films interfaciaux présentant des propriétés viscoélastiques différentes aux temps longs

Efficacité des mesures en régime dynamique

Mise en évidence des séquences de colonisation de l’interface en fonction des tensioactifs présents

Proposition d’hypothèses d’évolution de la composition de l’interface aux temps longs

Cohérence avec le comportement macroscopique

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0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0 2 4 6 8 10 12

Casein micelles (wt%) HPC (wt%)

Séparation de phase de type ségrégatif

40 µm

Microstructure (CSLM) 31% MG

40 µm 40 µm

(Hamaty et al., 2005; Erazo- Majewicz et al., 2005)

Protéine : bleu MG : rouge

SANS MG

Camille MICHON – Conférence du GFR, Pau 31 novembre 2012 16

Conséquence pour l’organisation de ce système

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Camille MICHON – Conférence du GFR, Pau 31 novembre 2012

Merci

à Aqualon Hercules qui a financé ce travail

à Aurélia Lépine (M1 et M2) et Alexandra Vizza (thèse italienne)

Merci pour votre attention !!!