Taille des particules dans l'industrie alimentaire

De nombreux aliments sont présents sous forme particulaire à un moment ou à un autre de leur processus de production, tels que des poudres, des suspensions ou des émulsions. 

Pour les poudres, la taille des particules affecte la densité en vrac et, par conséquent, les propriétés d'écoulement des poudres. De même, dans les suspensions, la taille des particules influence fortement la viscosité de cisaillement. Cela affecte en retour de manière critique le pompage, le mélange et le transport des matières premières. 

Le stockage et la stabilité des produits alimentaires sont fortement influencés par leur taille de particule. Bien que les aliments en poudre puissent subir des agglomérats, les émulsions (par exemple, le lait) peuvent avoir des problèmes de stabilité si la taille des gouttelettes augmente ou n'est pas soigneusement contrôlée. 

La texture et la sensation en bouche jouent des rôles essentiels dans l'acceptabilité des produits alimentaires. Leurs propriétés organoleptiques sont fortement influencées par la taille des particules. Comme la langue humaine est capable de détecter des particules de seulement quelques microns de taille, ajuster la taille des particules peut avoir un grand impact sur l'acceptation du produit. 

Pour déterminer les tailles de petites particules telles que les composants colorants et aromatisants, Litesizer DLS serait l'instrument de choix (0,3 nm à 12 µm) utilisant la technologie de diffusion dynamique de la lumière. Des tailles plus grandes peuvent être analysées avec l'instrument de diffraction laser Litesizer DIF (10 nm à 3,5 mm). La série Litesizer DIA permet de mesurer la taille et la forme des particules dans une plage de 0,5 µm à 16.000 µm.

Une grande variété de grains de café et de mélanges, ainsi que différentes techniques de torréfaction et degrés, influencent le goût du café. De plus, la taille des particules de café est cruciale et doit être optimisée pour chaque café et méthode d'infusion afin de générer le plaisir d'un goût et d'une saveur de café parfaits. L'espresso, par exemple, utilise une poudre de café fine, tandis que les préparations à base de filtre ou de presse française utilisent des particules de plus grande taille. 

Pour une qualité élevée et reproductible du café moulu, la taille des particules doit être contrôlée régulièrement après le broyage. 

Litesizer DIF utilise la technologie de diffraction laser pour déterminer les tailles de particules entre 10 nm et 3,5 mm et couvre la plage optimale de la poudre de café. Des mesures rapides et faciles de la poudre sèche garantissent une qualité de produit élevée et reproductible ainsi qu'un goût parfait du café. 

Le graphique compare la distribution de la taille des particules d’une poudre d’espresso avec celle du café filtre. La fraction principale pour l'espresso est inférieure à 1 mm avec un pic à 600 µm. En revanche, les tailles de particules pour la poudre de café utilisée pour le café filtre ou la crème de café sont beaucoup plus grandes. Ici, le pic est à 900 µm avec une fraction significative au-dessus de 1 mm.

Le Litesizer DIA peut effectuer une analyse de la taille et de la forme des particules sur des échantillons de café en grains ou moulu de manière rapide et reproductible. Une analyse comparative entre un échantillon 100 % Arabica et un échantillon mélangé composé de 80 % Arabica et 20 % Robusta indique que l'Arabica pur est plus sujet à la casse et contient une proportion plus élevée de particules fines que le mélange. 

De plus, lorsqu’elles sont broyées à l’aide d’un moulin réglé sur le réglage fin (espresso), les particules d’arabica atteignent une taille médiane plus fine, ce qui renforce la fragilité accrue de l’échantillon.

Comprendre la distribution de la taille des particules des grains de café avant et après la torréfaction est essentiel pour gérer la quantité de particules fines avant le broyage. Les torréfactions plus légères entraînent une réduction modeste des particules fines en raison de l'évaporation des composants volatils. 

En revanche, les torréfactions plus foncées entraînent une diminution plus prononcée des fines, indiquant que des températures de torréfaction plus élevées et des durées plus longues contribuent à une réduction des particules fines volatiles.

Pour le lait, la crème est un facteur limitant de la durée de conservation. La quantité de crème et l'apparence visuelle sont influencées par la taille des globules de graisse, le temps de stockage et la température ou la taille et la forme de l'emballage, ainsi que par la qualité du lait. La taille des particules des globules de graisse du lait varie généralement de 0,1 µm à 15 µm à 20 µm avec une taille moyenne de 3 µm à 4 µm (Pak, 2019). Des globules de graisse de faible densité flottent à la surface dans un processus appelé écrémage. La durée de conservation est prolongée par l'homogénéisation qui conduit à une taille unifiée et réduite des globules gras du lait homogénéisé. Ici, l'efficacité de l'homogénéisation peut être évaluée via les valeurs D[5,3] et D₉₀ . 

Le graphique compare les distributions de taille des particules du lait homogénéisé à longue durée de conservation (ESL) avec le lait pasteurisé frais. Ils ont été déterminés par diffraction laser en utilisant le mode liquide Litesizer DIF. Pour le lait ELS, une distribution de taille de particules monomodale est montrée avec une taille de pic d'environ 1 µm représentant la taille des globules de graisse dans le lait homogénéisé. En revanche, pour le lait frais, deux pics sont présents avec une fraction de globules gras entre 2 µm et 10 µm. Ces différences de taille des particules de lait sont représentées par les valeurs D[5,3] et D₉₀ .

La poudre de lait doit se dissoudre rapidement et avoir une bonne fluidité, et les particules ne doivent pas s'agglomérer. La détermination de la taille des particules de poudre de lait permet le contrôle de la qualité grâce à l'utilisation de l'unité de dispersion Litesizer DIF Dry.

• Caractérisation de la poudre de lait - Dissolution de la formule infantile et du produit laitier final
• Caractérisation de la poudre de lait – Chapitre 2 : Emballage, Transport et Stockage

^{1. Tetra Pak. Optimized homogenization of milk technology, measurement, and processing strategies. s.l. : Tetra Pak International S.A., 2019}

Trouver la farine la mieux adaptée n'est pas facile. La farine est disponible à partir de différentes céréales et dans une énorme variété de degrés de mouture optimisés pour des applications spécifiques : la cuisson d'un gâteau, de pain ou de biscuits. La taille des grains de farine influence non seulement la sensation en bouche et l'apparence du produit final, mais aussi les propriétés de la pâte ou de la pâte à frire, telles que la densité et la viscosité, ainsi que le volume du produit final, ainsi que la qualité ou la douceur. 

La détermination de la taille des particules aide le contrôle de la qualité mais optimise également le processus de fabrication en ce qui concerne la température et l'humidité. Détecter le % de très fines particules aide à évaluer le risque d'explosions de poussière lors de la fabrication. 

Le graphique montre la distribution de la taille des particules de farine non conditionnée avec une plage de taille de 80 µm à 500 µm et l'influence de 35 °C, 95 % d'humidité (conditionnement). La taille des particules augmente considérablement avec l'augmentation de l'humidité en raison du gonflement et de l'agglomération des particules dans la plage de 200 µm à 900 µm.

• Caractérisation des aliments

Le chocolat est associé à une sensation en bouche douce, lisse et crémeuse et à une saveur typique. Créer une sensation en bouche aussi distincte nécessite une texture définie et une caractéristique de fusion de chaque chocolat. Les tailles de particules des ingrédients ainsi que la teneur en matières grasses et en lécithine influencent significativement ces caractéristiques mais aussi des propriétés telles que la contrainte de rendement, la viscosité, la fermeté, la dureté et l'indice de fusion. Pour cette raison, la détermination régulière de la taille des particules de chocolat pendant le processus de fabrication garantit non seulement une qualité constante élevée des produits intermédiaires et finaux, mais permet également l'optimisation du processus lui-même ainsi que du produit final. 

En raison d'une taille de particule de chocolat typique variant entre 1 µm et 80 µm, les instruments de diffraction laser tels que Litesizer DIF sont des instruments optimaux, que ce soit dans un cadre de laboratoire ou sur la ligne de production, pour mesurer la taille des particules à différentes étapes du processus de fabrication. Le graphique montre une distribution typique de la taille des particules de chocolat blanc et de chocolat au lait analysée dans un solvant de triglycérides défini. Le chocolat blanc contient un plus grand nombre de grosses particules en raison de la teneur plus élevée en sucre et de l'absence de cacao.

La forme de sucre la plus couramment utilisée dans la cuisine est le sucrose. Les extraits de plantes liquides sont raffinés et cristallisés, le produit résultant étant appelé sucre granulé. La taille des grains de sucre en mm définit son domaine d'application, donc un contrôle qualité intense est indispensable. Des cristaux de sucre gros jusqu'à 2,2 mm sont excellents sur les produits de pâtisserie tels que les biscuits, les gâteaux et les pains sucrés. Pour une sensation en bouche de biscuit, une taille moyenne de 600 µm à 800 µm serait le bon choix. La taille des particules de sucre glace entre 150 µm et 450 µm est utilisée pour des applications de boulangerie telles que des pâtes lisses et produite par pulvérisation de sucre granulé. En broyant du sucre granulé, une taille de particule de sucre en poudre ou de sucre glace d'environ 50 µm est atteinte, la taille de grain la plus fine disponible commercialement. Puisque le sucre se dissout rapidement dans l'eau, les déterminations de la taille des particules par diffraction laser en mode sec permettraient un contrôle qualité rapide et facile de la taille des grains de sucre.

Le goût des aliments est d'une importance capitale pour la qualité des aliments, sur laquelle les consommateurs ne veulent jamais faire de compromis. Les émulsions de saveur peuvent être utilisées comme excipients alimentaires pour améliorer le goût de nombreux produits alimentaires. Ils contiennent généralement de l'eau, des huiles essentielles et des émulsifiants. La stabilité de ces matières premières doit être assurée afin de prévenir la dégradation pendant le traitement et d'augmenter la durée de conservation du produit final. 

Nous avons mesuré une émulsion de saveur en utilisant Litesizer DLS après production (Frais) et après un jour de stockage à température ambiante. 

Après un jour, la taille des particules avait considérablement augmenté de 155 nm à 2587 nm, indiquant que le processus de floculation avait commencé. Par conséquent, le mélange était devenu plus trouble et la transmittance mesurée avait diminué.

Les extraits de plantes ou d'autres substances favorisant la santé, telles que les vitamines, sont des compléments populaires dans une variété de produits alimentaires et de boissons et suscitent un intérêt significatif dans les industries de la santé et du bien-être. Puisqu'une majorité d'entre eux contiennent des composants hydrophobes, des émulsifiants sont utilisés pour créer des émulsions stables « huile dans l'eau » afin de surmonter les limitations de mélange. Cette méthode augmente non seulement la solubilité mais aussi la biodisponibilité des composants hydrophobes. À cet égard, la taille des particules est critique pour l'absorption corporelle et la biodisponibilité en général, mais aussi pour la stabilité de stockage et de transport de la boisson. Le contrôle de la taille des gouttelettes par diffusion dynamique de la lumière permet d'optimiser les formulations de boissons, la biodisponibilité et les conditions de stockage. Le graphique compare deux boissons infusées utilisant différents émulsifiants. La boisson contenant de la gomme d'acacia présente une taille de gouttelette inférieure, indiquant une stabilité accrue et une absorption corporelle par rapport à la boisson contenant de la gomme xanthane.