Dans les applications industrielles, la fonctionnalité des huiles et des graisses va bien au-delà de leur valeur nutritionnelle ou de leur rôle en tant qu’ingrédients de base. Leur comportement physique dans différentes conditions détermine leur performance dans les chaînes de transformation, leur interaction avec d’autres composés et leur influence sur la qualité et la stabilité du produit final. Il est essentiel de comprendre les propriétés physiques des graisses et des huiles pour concevoir des formulations efficaces et obtenir des performances constantes.
Comment les propriétés des huiles et des graisses influencent leurs performances dans les processus industriels
Chaque processus industriel a des exigences spécifiques : mélange à grande vitesse, exposition à des changements de température, besoin d’émulsions stables ou cristallisation contrôlée pendant les phases de refroidissement. Les huiles et les graisses doivent relever ces défis tout en conservant leur intégrité structurelle et leur capacité fonctionnelle. Par exemple, dans les applications de boulangerie, le bon équilibre entre la plasticité et le comportement de fusion du beurre, de la margarine ou du shortening garantit une texture et un volume optimaux.
L’analyse des propriétés physiques des huiles et des graisses permet de comprendre le comportement et les caractéristiques de ces éléments, ainsi que leurs différences. Pour cela, elles seront analysées :
- La cristallisation
- Le point de fusion
- la viscosité
- L’indice de réfraction
- la densité
- la solubilité
- La plasticité
- Le pouvoir émulsifiant
Nous fournissons plus de détails sur chacun de ces éléments ci-dessous.
Cristallisation
Les graisses se distinguent des huiles par leur degré de solidification à température ambiante, car dans ces conditions, les huiles sont à l’état liquide (non cristallisées) tandis que les graisses sont à l’état solide (cristallisées).
Le pourcentage de cristaux dans les graisses est très important pour déterminer les propriétés physiques d’un produit. Les graisses sont considérées comme solides lorsqu’au moins 10 % de leurs composants sont cristallisés.
La taille des cristaux de graisse varie de 0,1 à 0,5 μm et peut parfois atteindre 100 μm. Les cristaux sont maintenus en place par les forces de Van der Waalls, formant un réseau tridimensionnel qui donne de la rigidité au produit.
Une caractéristique importante de la graisse est son polymorphisme cristallin, car les mono- et triglycérides cristallisent sous différentes formes cristallines (α, β’ (prime) et β).
Forme α (état vitreux)
- Il apparaît lorsque la graisse se solidifie rapidement.
- Les cristaux formés sont hexagonaux et s’organisent de manière aléatoire dans l’espace.
Forma β
- Elle apparaît lorsque le refroidissement est lent ou si le revenu est effectué à une température légèrement inférieure au point de fusion ; cette forme est la plus stable de toutes.
- Dans la forme β, il se forme des cristaux tricycliques orientés dans la même direction.
- La forme β est typique des huiles de palme, d’arachide, de maïs, de coco, de tournesol, d’olive et de saindoux.
Forma β’
- Elle est obtenue par trempe au-dessus du point de fusion de la forme β’.
- Des cristaux orthorhombiques orientés dans des directions opposées se forment dans la forme β’.
- La forme β’ est typique de l’huile de coton partielle modifiée, des graisses et du saindoux modifié.
Les formes α, β et β’ ont toutes deux un point de fusion, un schéma de diffusion des rayons X et un indice de réfraction.
Plus le nombre de doubles liaisons est élevé, plus la cristallisation, qui tend à être liquide, est entravée.
Point de fusión
Le point de fusion d’une matière grasse correspond au point de fusion de la forme β, qui est la forme polymorphe la plus stable et la température à laquelle tous les solides fondent.
En présence d’acides à chaîne courte ou insaturés, le point de fusion diminue.
Le point de fusion est très important pour la transformation des graisses animales.
Les points de fusion des graisses pures sont très précis, mais comme les graisses ou les huiles sont constituées d’un mélange de lipides ayant des points de fusion différents, nous devons nous référer au point de fusion, défini comme le point de fusion du composant de la graisse qui fond à une température plus élevée.
Viscosité
La viscosité d’une matière grasse est due à la friction interne entre les lipides qui la composent. Elle est généralement élevée en raison du grand nombre de molécules qui composent une matière grasse.
Plus le degré d’insaturation augmente, plus la viscosité diminue, et plus la longueur de la chaîne des acides gras augmente, plus la viscosité augmente.
Indice de réfraction
L’indice de réfraction d’une substance est défini comme le rapport entre la vitesse de la lumière dans l’air et la matière (huile ou graisse) analysée.
Lorsque le degré d’insaturation augmente, l’indice de réfraction augmente et lorsque la longueur de la chaîne augmente, l’indice de réfraction augmente également, c’est pourquoi il est utilisé pour contrôler le processus d’hydrogénation.
Lorsque la température augmente, l’indice de réfraction diminue.
L’indice de réfraction est caractéristique de chaque huile et graisse et permet d’en contrôler la qualité.
Densité
Cette propriété physique est d’une grande importance lorsqu’il s’agit de concevoir des équipements de traitement des graisses.
La densité diminue lorsque les graisses passent de l’état solide à l’état liquide
Lorsque les graisses fondent, leur volume augmente et leur densité diminue.
Pour vérifier les pourcentages de solide et de liquide dans les graisses commerciales, on utilise des courbes dilatométriques.
Solubilité
La solubilité est d’une grande importance dans la transformation des graisses.
Les graisses sont totalement solubles dans les solvants apolaires (benzène, hexane, etc.).
À l’exception des phospholipides, elles sont totalement insolubles dans les solvants polaires (eau, acétonitrile). Elles sont partiellement solubles dans les solvants de polarité intermédiaire (alcool, acétone).
La solubilité des graisses dans les solvants organiques diminue avec l’augmentation de la longueur de la chaîne et du degré de saturation.
Les phospholipides peuvent interagir avec l’eau parce que leur acide phosphorique et leurs alcools possèdent des groupes hydrophiles.
En général, la tension superficielle augmente avec la longueur de la chaîne et diminue avec la température. La tension superficielle et la tension interfaciale diminuent facilement avec l’utilisation d’agents de surface tels que les monoglycérides et les phospholipides.
La plasticité
C’est la propriété d’un corps de conserver sa forme en résistant à une certaine pression.
La plasticité d’une graisse est due à la présence d’un réseau tridimensionnel de cristaux dans lequel la graisse liquide est immobilisée.
Pour qu’une matière grasse soit plastique et extensible, il faut qu’il y ait un rapport entre la partie solide et la partie liquide (20 à 40 % de matière grasse à l’état solide), que les réseaux ne soient pas serrés et que les cristaux soient en forme.
Les graisses plastiques se comportent comme un solide jusqu’à ce que les forces de déformation appliquées brisent le réseau cristallin et que la graisse se comporte comme un liquide visqueux et puisse donc être étalée.
Pouvoir émulsifiant
Le pouvoir émulsifiant est la capacité à l’interface eau/huile qui permet la formation d’une émulsion.
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