Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Marc FAIVELEY : Diplômé de l’Institut des Sciences et Techniques des Aliments – ISTAB (Université de Bordeaux I) - Responsable Laboratoire de biotechnologies ENIL BIO (École nationale des industries laitières et des biotechnologies)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La durée de conservation des produits agroalimentaires est un paramètre que les industriels s’efforcent d’augmenter. Ainsi, ils cherchent à obtenir des modèles mathématiques prédictifs qui permettront à la fois de comprendre comment s’opèrent les phénomènes de dégradations et comment les inhiber.
L’étude du comportement de l’eau dans l’aliment permet d’évaluer :
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sa capacité à diffuser les molécules réactives dans l’aliment, favorisant la catalyse les réactions de dégradation, dans ce cas, l’eau intervient en tant que solvant ;
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son implication directe dans les réactions de dégradation (hydrolyse...), dans ce cas, l’eau intervient en tant que réactif.
Ces deux aspects renseignent sur les cinétiques de dégradations observées dans la pratique.
Deux grands concepts constituent le socle des études menées sur la conservation des aliments, en liaison avec l’eau. Le premier repose sur une étude thermodynamique, on parle alors de mesure de l’activité de l’eau, tandis que le deuxième est basé sur une cinétique de migration de l’eau à l’intérieur de l’aliment et tient compte de plusieurs paramètres qui peuvent interagir entre eux.
L’objet de cet article est de définir et de caractériser ces deux concepts en se basant sur des éléments scientifiques et sur des exemples rencontrés dans l’industrie (afin de mieux comprendre et d’évaluer leurs intérêts). Cet article abordera la structure chimique de la molécule d’eau et ses énergies de liaison, afin de mieux cerner la pertinence de quelques indicateurs thermodynamiques comme la notion d’activité de l’eau, et leur signification pour l’étude de la conservation de l’aliment. Toutefois, la notion de disponibilité de l’eau ne suffit pas à prédire l’évolution de l’aliment. En effet, il faut préciser l’importance de paramètres extérieurs comme la température, les conditions d’emballage ; ces derniers pouvant agir sur la mobilité de l’eau dans l’aliment. La dynamique de l’eau prend alors tout son sens et devient le centre d’intérêt des études menées sur la conservation des aliments. Enfin, la déshydratation de l’aliment, couramment pratiquée en agroalimentaire pour limiter la disponibilité de l’eau, sera examinée.
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VERSIONS
- Version courante de sept. 2012 par Marc FAIVELEY
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Transition de phase et migration de l’eau1. Paramètres cinétiques et thermodynamiques de l’eau
1.1 Structure de l’eau et niveau d’énergie de ses liaisons
La différence d’électronégativité des atomes constituant la molécule d’eau crée un dipôle électrique entre l’atome d’oxygène et les atomes d’hydrogène de l’eau, ce qui explique la polarité de la molécule. Ainsi, l’eau (molécule polaire) est un bon solvant pour toute autre molécule chargée électriquement (protéines, acides aminés, etc.). La faible taille et la charge (positive) de l’atome d’hydrogène de l’eau accentue la possibilité d’interactions électrostatiques (liaisons de faibles énergies) avec des atomes polaires voisins d’autres molécules (liaison hydrogène).
Ainsi, la molécule d’eau se différencie des autres solvants par sa capacité à former des liaisons hydrogènes entre ses propres molécules. L’édifice représenté sur la figure 1 permet d’expliquer les différents états physiques que peut prendre l’eau. Sous sa forme liquide, les molécules seront plus denses et, par conséquent, le nombre de liaisons hydrogènes sera plus faible que sous sa forme solide. L’eau congelée aura une structure plus aérée qui tient compte du nombre de liaisons hydrogènes formées (on considère qu’une liaison covalente entre l’oxygène et l’hydrogène correspond à 0,1 nm et que la distance entre deux molécules d’eau liée par liaison hydrogène est de 0,28 nm).
HAUT DE PAGE1.1.2 Rotation moléculaire de l’eau
Une liaison hydrogène est établie quand l’atome d’hydrogène se trouve dans l’alignement des atomes d’oxygène, la liaison peut être rompue pour toute rotation supérieure à 30o, ce qui revient à dire que la liaison hydrogène résulte d’un équilibre dont le niveau d’énergie correspond à la résultante des forces électrostatiques...
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Paramètres cinétiques et thermodynamiques de l’eau
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALLAIS (C.), LINDEN (G.) - Biochimie alimentaire. - Masson 3e Édition.
-
(2) - ANDERSON (R.B.) - Modifications of the Brunauer, Emmett and Teller equation. - J. Amer. Chem. Soc., 68, p. 686-691 (1946).
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(3) - BERLIN (E.), ANDERSON (B.A.), PALLANSCH (M.J.) - Effect of temperature on water vapor sorption by dried milk powders. - J. Dairy Sci., 53, p. 146-149 (1969).
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(4) - CHINACHOTI (P.) - New techniques to characterize water in foods. - In « Food Preservation by Moisture Control ». Ed. G.V. Barbosa-Canovas et J. Welti-Chanes. Technomic Publ., Lancaster, Basel, p. 191-207 (1995).
-
(5) - CORNILLON (P.), KERR (W.L.), REID (D.S.) - Water mobility and phase transitions in foods by dielectric measurements. - Dans « Water Management in the Design and distribution of quality foods ». Isopow 7. Proceed. Poster sessions, Ed. Y.N. Roos, p. 9-13 (1998).
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