Determination of the mechanical properties of gelatinized starch granule from bulk suspension characterization - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Rheologica Acta Année : 2022

Determination of the mechanical properties of gelatinized starch granule from bulk suspension characterization

Détermination des propriétés mécaniques du granule d'amidon gélatinisé à partir de la caractérisation de la suspension en vrac

Résumé

Gelatinized starch granules are soft and deformable particles that are commonly used in food products as texture modifiers. Modelling the flow behaviour of such suspensions during industrial processes requires the knowledge of the mechanical properties of the swollen granules, however, such data is usually lacking because of the difficulties inherent to the determination of mechanical properties of particles that are heterogeneous in terms of size and shape. We investigate here the rheological properties of dense suspensions prepared at different volume fractions and by different means (centrifugation, limited water swelling, osmotic compression) to estimate the mechanical properties of an "averaged" starch granule. Results show that starch granule exhibits a rough surface and behave as frictional particles. We compare the shear modulus value determined assuming either frictionless (previous model) or frictional interactions (as suggested by our results), the latter giving shear modulus lower by about one order of magnitude. This study also allows the first estimate of the starch granule bulk modulus, which value is corresponding to a Poisson ratio of 0.47, close to the maximum value of 0.5. The swollen granule shear modulus is also shown to be temperature independent in the range commonly found in industrial processes (20-90 • C). These results pave the way towards multiscale mechanistic modelling of the flow of starch suspensions, to derive macroscopic rheological properties from the description of the microscopic granule properties.
Les granules d'amidon gélatinisé sont des particules molles et déformables couramment utilisées dans les produits alimentaires comme modificateurs de texture. La modélisation du comportement à l'écoulement de telles suspensions au cours des procédés industriels nécessite la connaissance des propriétés mécaniques des granulés gonflés, or ces données font généralement défaut en raison des difficultés inhérentes à la détermination des propriétés mécaniques de particules hétérogènes en termes de taille et façonner. Nous étudions ici les propriétés rhéologiques de suspensions denses préparées à différentes fractions volumiques et par différents moyens (centrifugation, gonflement à l'eau limité, compression osmotique) pour estimer les propriétés mécaniques d'un granule d'amidon "moyenné". Les résultats montrent que les granules d'amidon présentent une surface rugueuse et se comportent comme des particules de friction. Nous comparons la valeur du module de cisaillement déterminée en supposant des interactions sans frottement (modèle précédent) ou avec frottement (comme suggéré par nos résultats), cette dernière donnant un module de cisaillement inférieur d'environ un ordre de grandeur. Cette étude permet également la première estimation du module de masse des granules d'amidon, dont la valeur correspond à un coefficient de Poisson de 0,47, proche de la valeur maximale de 0,5. Le module de cisaillement des granulés gonflés s'est également révélé indépendant de la température dans la plage couramment rencontrée dans les procédés industriels (20-90 • C). Ces résultats ouvrent la voie vers une modélisation mécaniste multi-échelle de l'écoulement des suspensions d'amidon, pour dériver des propriétés rhéologiques macroscopiques à partir de la description des propriétés microscopiques des granules.
Fichier principal
Vignette du fichier
Palanisamy_et_al_accepted_version.pdf (351.01 Ko) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-03626461 , version 1 (31-03-2022)

Identifiants

Citer

Arnesh Palanisamy, Gabrielle Moulin, Marco Ramaioli, Artemio Plana-Fattori, Denis Flick, et al.. Determination of the mechanical properties of gelatinized starch granule from bulk suspension characterization. Rheologica Acta, 2022, ⟨10.1007/s00397-022-01325-4⟩. ⟨hal-03626461⟩
80 Consultations
119 Téléchargements

Altmetric

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More