Control of the rheological properties of chocolate suspensions by optimizing the morphological properties of the particles
Contrôle des propriétés rhéologiques du chocolat par l'optimisation des propriétés morphologique de ses particules
Résumé
The objective of this thesis is the formulation of fat-reduced chocolate and emulsifier free chocolate without affecting the viscosity and yield stress of the melt chocolate. To achieve these objectives, we control the rheological behavior of chocolate suspensions by optimizing the morphological properties (particle size distribution, particle shape and maximum packing fraction) of sugar and cocoa powders.First, we develop appropriate protocols for the characterization of the morphological and rheological properties of chocolate suspensions.Then, we study the effect of the production process on the rheological and morphological properties of chocolate and show that viscosity depends on the relative solid volume fraction (i.e., solid volume fraction to maximum packing fraction ratio) and that the yield stress depends on both the relative solid volume fraction and is inversely proportional to the particle mean size. Our experimental results show that the viscosity of chocolate suspension (i.e., sugar, cocoa, sugar and cocoa suspensions) can be related to the solid volume fraction and the maximum packing fraction by the phenomenological Krieger-Dougherty type equation.Moreover, we show that the maximum packing fraction of cocoa and sugar powders can be well predicted by the compressive packing model developed for the optimization mineral powders used in construction materials.Finally, we exploit these results and models to attain the objectives of this thesis. We show that, an accurate control of maximum packing fraction by adding “fine” cocoa particles, allows for the decrease of the amount of fat in chocolate without affecting viscosity and chocolate solid composition. We show that an accurate control of particle average size and maximum packing fraction by adding “coarse” sugar particles allows for the removal of the emulsifiers from chocolate without increasing the fat content of the suspension and affecting the viscosity and yield stress
L'objectif de cette thèse est la formulation de chocolat à faible taux de matière grasse et de chocolat sans émulsifiant tout en gardant les mêmes propriétés rhéologiques (viscosité et seuil) que ceux du chocolat conventionnel. Pour atteindre ces objectifs, nous contrôlons le comportement rhéologique des suspensions de chocolat en optimisant les propriétés morphologiques (taille et forme des particules et compacité maximale) des poudres de sucre et de cacao.Tout d'abord, nous développons des protocoles appropriés pour la caractérisation des propriétés morphologiques et rhéologiques des suspensions de chocolat.Ensuite, nous étudions l'effet du processus de production sur les propriétés rhéologiques et morphologiques du chocolat et montrons que la viscosité dépend de la fraction volumique solide relative (c'est-à-dire le rapport fraction volumique solide / compacité maximale) et que le seuil dépend de la fraction volumique solide relative et est inversement proportionnelle à la taille moyenne des particules. Nos résultats expérimentaux montrent que la viscosité de la suspension de chocolat (c'est-à-dire les suspensions de sucre, de cacao, de sucre et de cacao) peut être liée à la fraction volumique solide et à la compacité maximale par l'équation phénoménologique de type Krieger-Dougherty.De plus, nous montrons que la compacité maximale des poudres de cacao et de sucre peut être bien prédite par le modèle « Compressible Packing Model » développé pour l'optimisation des poudres minérales utilisées dans les matériaux de construction.Enfin, nous exploitons ces résultats et modèles pour atteindre les objectifs de cette thèse. Nous montrons qu'un contrôle précis de la compacité maximale en ajoutant des particules de cacao « fines » permet de diminuer la quantité de matière grasse dans le chocolat sans affecter la viscosité et la composition solide du chocolat. Nous montrons qu'un contrôle précis de la taille moyenne des particules et de la compacité maximale en ajoutant des particules de sucre « grossières » permet d'éliminer les émulsifiants du chocolat sans augmenter la teneur en matière grasse de la suspension et affecter la viscosité et le seuil
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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