Elaboration et comportement mécanique de matériaux composites amylo-protéiques

Elaboration et comportement mécanique de matériaux composites amylo-protéiques

La texture des aliments amylacés extrudés, considérés comme des mousses solides, est définie par la structure et les propriétés mécaniques du matériau pariétal, ou constitutif. Ce matériau est envisagé comme un composite amylo-protéique dense. Outre sa composition, ses propriétés mécaniques dépenden...

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Détails bibliographiques
Auteurs principaux : Jebalia Imen (Auteur), Della Valle Guy (Directeur de thèse), Guessasma Sofiane (Directeur de thèse), Kristiawan Magdalena (Directeur de thèse), Deterre Rémi (Président du jury de soutenance), Berzin Françoise (Rapporteur de la thèse), Delenne Jean-Yves (Rapporteur de la thèse), Santé-Lhoutellier Véronique (Membre du jury), Abisset Emmanuelle (Membre du jury)
Collectivités auteurs : Université de Nantes 1962-2021 (Organisme de soutenance), École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation Rennes 2016-2022 (Ecole doctorale associée à la thèse), Biopolymères, Interactions, Assemblages BIA Unité de recherche INRA - Université de Nantes (Laboratoire associé à la thèse)
Format : Thèse ou mémoire
Langue : français
Titre complet : Elaboration et comportement mécanique de matériaux composites amylo-protéiques / Imen Jebalia; sous la direction de Guy Della Valle et de Sofiane Guessasma et de Magdalena Kristiawan
Publié : 2020
Accès en ligne : Accès Nantes Université
Note sur l'URL : Accès au texte intégral
Note de thèse : Thèse de doctorat : Génie des procédés agroalimentaires : Nantes : 2020
Sujets :
Amidons > Cuisson-extrusion
Amidons > Propriétés mécaniques
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Thèses et écrits académiques
Description
Résumé : La texture des aliments amylacés extrudés, considérés comme des mousses solides, est définie par la structure et les propriétés mécaniques du matériau pariétal, ou constitutif. Ce matériau est envisagé comme un composite amylo-protéique dense. Outre sa composition, ses propriétés mécaniques dépendent de la morphologie créée lors de l'extrusion. Dans ce contexte, le but de notre étude est de déterminer la relation entre les caractéristiques morphologiques et les propriétés mécaniques des composites amylo-protéiques issus de protéagineux en utilisant une approche expérimentale et de modélisation par la méthode des éléments finis (MEF). Dans ce but, des composites denses, à base de farine de pois et de mélanges amidon-isolat de protéines de pois (AP), ont été obtenus par extrusion bi-vis. Leur morphologie, révélée par microscopie, présente des agrégats protéiques dispersés dans une matrice d'amidon amorphe. Cette morphologie peut être décrite par des caractéristiques, telles que la taille médiane des agrégats protéiques, et un indice d'interface (Ii) amidon/protéines défini à partir de leur périmètre et surface totale. Ces caractéristiques morphologiques varient avec le niveau de déstructuration de l'amidon et l'agrégation de protéines, modulées par la formulation et l'énergie mécanique spécifique (100 Starchy extruded foods are considered as solid foam and their texture is defined by their structure and the mechanical properties of the cell-wall, or constitutive material. This material is envisioned as dense composite of starch and proteins. In addition to composition, the mechanical properties of these composites depend on their morphology, created during extrusion. In this context, the aim of our study is to determine the relationship between morphological features and mechanical properties of legume based starch-protein composites in glassy state, using experimental and finite element modelling (FEM) approaches. In this purpose, dense pea composites having various starch-protein morphologies were obtained by twin-screw extrusion of pea flour and blends of pea starch and protein isolates (SP). Microscopy study of these samples revealed that their morphology displayed protein aggregates embedded in an amorphous starch matrix. This microstructure can be described by several features, such as the median size of protein aggregates, and a protein-starch interface index (Ii) derived from their total perimeter and area. These morphological features depended on the extent of starch destructuration and of protein aggregations, which are controlled by material composition and specific mechanical energy (100< SME<2000 kJ/kg) during extrusion. Pea flour composites exhibited a brittle mechanical behavior, whereas rupture of SP blend composites occurred in the plasticity domain at higher breaking stress and strain. The impact of morphological features, in particular of Ii, was explained by the poor interfacial adhesion between pea starch and pea protein aggregates. Nanoindentation study showed that the starch and protein phases, and the interphase of the composites exhibited significantly different values of modulus, depending on their composition and transformation. These results fed the FEM mechanical modelling study, which indicated that the elastic-plastic constitutive law following Voce scheme represented adequately the macroscopic and microscopic mechanical behaviors of pea composites. The implementation of these laws on the meshed microstructure of pea composites allowed predicting their mechanical behavior at macroscopic scale. This work provides a solid basis for further development of predictive models of the texture of legume based extruded foods.
Notes : Titre provenant de l'écran-titre
Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes)
Partenaire(s) de recherche : Biopolymères, Interactions, Assemblages BIA (Unité de recherche INRA - Université de Nantes) (Laboratoire)
Autre(s) contribution(s) : Rémi Deterre (Président du jury) ; Véronique Santé-Lhoutellier, Emmanuelle Abisset (Membre(s) du jury) ; Françoise Berzin, Jean-Yves Delenne (Rapporteur(s))
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