L'objet de cette étude est de mieux formaliser et modéliser de façon générique le processus de structuration d'un produit par le procédé de foisonnement, en reliant les paramètres opératoires aux propriétés des mousses formées et de contribuer ainsi à un meilleur pilotage de l'opération. Une ligne de foisonnement par battage en continu a été instrumentée et l'évolution du diamètre des bulles en fonction des paramètres du produit et du procédé a été suivie pour des milieux modèles newtoniens et rhéofluidifiants. L'analyse dimensionnelle à l'échelle du procédé a permis d'aboutir à un modèle physique de l'opération, et donc d'avoir une compréhension des phénomènes en présence. Elle a aussi permis d'intégrer les paramètres du produit et du procédé et de simplifier la représentation des résultats expérimentaux. Enfin, la cohérence de ce modèle avec d'autres issus de la littérature et une première approche de validation avec un produit réel, semble justifier son caractère générique.

L'étape de pré-cristallisation au sein d'un échangeur à surface raclée est une étape clé du procédé de production de crème glacée et a une forte influence sur la qualité finale du produit. Ce travail de thèse, effectué dans le cadre du projet européen CAFE, est dédié à la caractérisation et la modélisation de ce procédé de cristallisation afin de contribuer au développement d'un contrôleur. Une caractérisation expérimentale du procédé a été effectuée et a permis de déterminer l'influence des différentes variables de contrôle sur des critères tels que la fraction de glace, le diamètre moyen des particules et la performance énergétique du procédé. Un modèle dynamique adapté au contrôle, basé sur la résolution du bilan de population par la méthode des moments, a été développé et a été validé expérimentalement. Enfin, une analyse du coût énergétique et des pistes d'améliorations de la performance sont également proposées.

Cette étude porte sur l'amélioration de la qualité de la tomate séchée par microondes assistés par air chaud (MOAC). Le principal but recherché est la préservation de la qualité de la tomate séchée en évitant notamment l'apparition de tâches noires qui souvent surviennent lors d'un chauffage microondes suite à une surchauffe locale du produit quand il devient sec. Pour ce faire, un système de séchage microondes assistés par air chaud avec la capacité de contrôler automatiquement la puissance spécifique a été développé sous labView®. Après une première étude où la puissance microondes appliquée est maintenue constante, une seconde stratégie de séchage MOAC, avec deux modes différents de régulation de la puissance spécifique, a été mise en oeuvre. Ces modes consistent à ajuster la puissance microondes appliquée à la masse du produit, représentative de la quantité d'eau restante. Dans le premier mode, l'adaptation est faite toutes les secondes (ajustement "continu") alors que dans le second mode, la puissance a été ajustée seulement chaque cinq minute (ajustement intermittent). L'ajustement permet de travailler avec un rapport puissance appliquée sur masse résiduelle du produit (puissance spécifique) constant. Tous les paramètres du procédé incluant la puissance appliquée on été enregistrés chaque seconde. De même, la température et la masse du produit sont mesurées chaque seconde. Le produit final a été caractérisé en réalisant des mesures de couleur, de texture, de structure ainsi que de taux résiduel de lycopène. La première étude sur le séchage MOAC réalisée à puissance constante (puissance spécifique variable), a produit des tomates avec des points chauds par endroit et plus de la moitié de la teneur en lycopène de la tomate est dégradée. En revanche, les tomates séchées par MOAC utilisant les deux modes de régulation du séchage, présentent une meilleure qualité en termes de couleur et de structures comparées à deux tomates séchées commerciales de référence (d'origine italienne et ivoirienne). Par ailleurs, l'observation de la structure des tomates par Microscopie Electronique à Balayage (MEB), a permis d'expliquer les changements observés au niveau de la texture de la tomate séchée. D'un point de vue chimique, le taux résiduel de lycopène de la tomate séchée par les modes de régulation (1 et 2) est situé respectivement entre 64,78 et 55,63% pour les puissances et températures d'air basses (3W/g-30°C) et entre 30,91 et 28,75% pour les puissances et températures d'air élevées (7W/g-50°C), contre 30,56 et 22,30% pour les tomates commerciales d'origine italienne et ivoirienne.

Si les lipides contribuent à la valeur nutritionnelle et sensorielle de nombreux aliments, ils sont particulièrement sensibles aux réactions d'oxydation. Les principaux mécanismes mis en jeu lors de l'oxydation des acides gras insaturés sont relativement bien connus. En revanche, il est aujourd'hui quasiment impossible de prédire l'avancement des réactions et souvent nécessaire de recommencer une nouvelle étude de stabilité oxydative pour tout nouveau couple produit alimentaire / procédé de transformation. L'objectif de la thèse est donc de construire un modèle mécanistique couplé à un modèle de transfert de l'oxygène dans le but de prédire l'avancement des réactions d'oxydation dans un milieu lipidique continu et dans des conditions expérimentales définies et contrôlées (température, oxygénation, composition en acides gras, composition en antioxydants). Pour cela, un schéma réactionnel visant à détailler l'ensemble des réactions impliquées dans le phénomène d'auto-oxydation des lipides a été proposé puis un modèle stoechio-cinétique a été construit à partir des valeurs des paramètres cinétiques issues de la littérature. La réactivité des acides gras insaturés présents dans trois huiles végétales d'usage courant (colza, tournesol, tournesol oléique), purifiées de leurs antioxydants naturels, a été étudiée entre 80 et 180°C, en suivant différents marqueurs d'oxydation (diènes conjugués, hydroperoxydes, aldéhydes, polymères). Comme attendu, les cinétiques d'oxydation se sont avérées dépendantes de la composition des huiles en acides gras, de la température et des conditions d'oxygénation. L'ajout d'antioxydant(s) a confirmé l'effet protecteur de l'α-tocophérol, qui n'a pas été amélioré par un enrichissement en acide chlorogénique, acide phénolique naturellement présent dans les graines de tournesol. Les résultats obtenus ont été utilisés pour valider le modèle développé, dont les prédictions permettent de reproduire les tendances expérimentales. Deux limitations ont été mises en évidence au cours de cette phase de validation dont la première concerne la description fiable et précise du mécanisme d'oxygénation du milieu, qu'il sera nécessaire de mesurer dans une huile à haute température pour valider le modèle d'oxydation. Par ailleurs, compte tenu du nombre important de réactions prises en compte, il sera indispensable de disposer d'un jeu de données expérimentales plus important, pouvant inclure des intermédiaires radicalaires. Pour cela, les potentialités de la résonance paramagnétique électronique ont été étudiées au cours de ce travail, à la fois pour suivre les radicaux lipidiques et pour accéder à des paramètres cinétiques pour des réactions radicalaires, peu disponibles dans la littérature.

Du fait d'une stratégie inadaptée, l'épandage d'engrais minéraux par procédé centrifuge engendre des défauts de fertilisation. Pour déterminer les séquences de consigne à appliquer à l'entrée des distributeurs qui permettent de limiter les erreurs de répartition, nous proposons plusieurs méthodes basées sur l'optimisation avec contraintes. Tout d'abord, nous modélisons la distribution spatiale d'engrais dans les parcelles et, formalisons un problème d'optimisation sous contraintes en plein champ. Pour le résoudre, nous développons une approche de fenêtres glissantes et implémentons un algorithme de Lagrangien augmenté associé à la méthode LBFGS. En appliquant deux différentes techniques reposant sur ces principes, nous parvenons à réduire les défauts en bordure et avoir plus de 80% des surfaces correctement fertilisées. Une autre stratégie utilisant la résolution d'un problème de contrôle optimal est également développée et apporte des premiers résultats encourageants

Les travaux présentés traitent des cinétiques de décrochement des biofilms bactériens formés au sein des équipements communément utilisé dans les agro-industries. Deux espèces bactériennes Pseudomonas et Bacillus ayant une forte capacité à former des biofilms dont la présence quasi permanente est reportés dans les industries alimentaires (viande, lait, légumes frais...) ont servi de modèles pertinent pour ces travaux. Par ailleurs Bacillus, bactéries potentiellement pathogènes capable de former des spores dont les capacités à adhérer et résister aux environnements chimiques et thermiques défavorables (détergents, traitement de pasteurisation, stérilisation) sont reconnues pour présenter un risque sanitaire majeur pour l'agro-industrie du fait de la contamination des produits alimentaires par l'outil de fabrication lui-même. Deux type d'études ont été effectués sur le nettoyage d'équipements utilisés en industrie agroalimentaire.Une première approche cinétique a été mise en œuvre pour étudier l'élimination de ces biofilms des surfaces au cours du nettoyage. Nous avons cherchés à identifier les rôles respectifs de l'action mécanique via la contrainte pariétale générée par l'écoulement ou chimique via différentes concentrations en NaOH puis la combinaison des deux actions chimiques et mécaniques. Un modèle biphasique a été proposé pour décrire ces cinétiques de nettoyage en pertinence avec deux phases très distinctes que nous interprétons comme l'élimination de deux fractions différentes du biofilm. Un détachement plus ou moins rapide (1 à 5 min) correspondrait à l'élimination de structure tridimensionnelles composées ou non d'exopolymères suivi par un détachement lent des cellules directement en contact avec les surfaces.Dans le cas des biofilms à Bacillus, il existe une fraction du biofilm composée par des spores pouvant représenter près de 90% du biofilm. Cette fraction particulière semble s'éliminer plus rapidement dans la première phase et pas du dans la seconde phase. Les données préliminaires sur biofilms mixtes montrent une résistance accrue de l'ensemble qui se traduit par une plus grande résistance de la partie de biofilm constituée par des cellules à Pseudomonas.La seconde thématique développée traite de la possible récontamination par les sopres de Bacillus décrochées lors du processus de nettoyage.La réadhésion des bactéries à pu être prouvée par le positionnement des tubes dans le circuit de nettoyage, ainsi que par l'utilisation d'un matériel complexe (vanne bidirectionnelle) communément utilisé dans les agro-industries. Ces travaux ont permis d'identifier les conditions présidant à cette récontamination. La conception hygiénique des outils de transformation prend tout son sens ici.

Stölder och snatteri är ett stort problem för fysiska butiker, dessutom marknadsutvecklingen för e-handel är avgörande för fysiska butikernas framgång och lönsamhet. Allt mer pengar investeras i säkerhetslösningar, väktare och personal Målet med den här kandidat-uppsatsen har varit att utveckla en produkt för ett modern och innovativt smart kundvagn. Den framtagna Smart kundvagnen är ett hjälpmedel som är bättre anpassad efter konsumenternas behov för att skapa trevligare upplevelse hos fysiska butiker och underlättar köpprocessen, vilket i längden kan leda till trygga och återkommande kunder. Genom att använda och utnyttja ny teknik tillsammans internetuppkoppling och nya funktioner till ett konkurrenskraftigt pris finns stora möjligheter att sälja denna produkt. Kundvagnen använder sig av bildanalys och lastcell som möjliggör att kunden inte längre behöver manuellt skanna en vara. istället identifieras varan och registreras när den placeras i kundvagnen. Prototypen har jämförts och slutsats har dragit att produkten är ett bättre alternativ än existerande produkter för ändamålet. / Thefts and shoplifting is a big problem for local stores, additionally the development of e-commerce is a deciding factor for the success of physical stores and their profitability. An increasing amount of money is being invested in security solutions, guards and other related personnel.  The goal of this Bachelors thesis has been to develop a product for a modern and innovative smart shopping cart. The resulting cart is a tool that is more suitable for the benefit of consumers and their need for a more comfortable shopping experience, it has the benefit of streamlining the shopping process which in turn could attract repeat customers.  Through the use of new technology as well as the Internet and new functions at a competitive price point there is a great opportunity to market this product. The shopping cart uses image analysis and a load cell which alleviates the need for customers to manually scan each article for purchase, instead it is identified and registered as it is placed in the shopping cart.  The prototype has been compared to other solutions and conclusions have been drawn as to the optimality of the product fulfill the purpose.

This work focused a pH readjustment strategy has been applied for the enhancement ofbiohydrogen production form food waste hydrolysate in a semi-pilot scale bioreactor seededwith selectively enriched mixed microbial culture. Different initial pH (pH 6, pH 7, and pH8) was selected for biohydrogen production from FW. When hydrogen production was terminated due to the accumulation of volatile fatty acids in the bioreactor, then the pHof the bioreactor was again readjusted to its initial pH. Highest hydrogen production rate of1.13 L/h (CHP: 58.48 L) was achieved with pH 8 operation which was almost double thanpH 6 and pH 7 operation. Volatile fatty acids (VFA) production was also influenced by thisstrategy. Higher acetic and butyric acids (2471.4mg/L and 947.37mg/L) were observed. Highest buffering capacity (0.1ßmol) significantly contributed towards higher biohydrogenproduction via this pH adjustment strategy. This strategy not only enhanced H 2 productionbut it also increased the waste conversion efficiency towards other biobased productsproduction during acidogenesis of FW.

<div>Starch pasting behavior greatly influences the texture of a variety of food products such as canned soup, sauces, baby foods, batter mixes etc. The annual consumption of starch in the U.S. is 3 million metric tons. It is important to characterize the relationship between the structure, composition and architecture of the starch granules with its pasting behavior in order to arrive at a rational methodology to design modified starch of desirable digestion rate and texture. </div><div> In this research, polymer solution theory was applied to predict the evolution of average granule size of starch at different heating temperatures in terms of its molecular weight, second virial coefficient extent of cross-link and electrostatic interaction within a granule. Evolution of granule size distribution of normal maize starch (NMS) and NMS crosslinked to different extents with sodium trimetaphosphate, waxy rice starch, normal rice starch and normal potato starch when subjected to heating at a rate of 15 C/min to 65, 70, 75, 80, 85 and 90 C was characterized using static laser light scattering. As expected, granule swelling was more pronounced at higher temperatures and resulted in a shift of granule size distribution to larger sizes. Most of the swelling occurred within the first 10 min of heating except for potato starch. Novation 1600 (Modified Potato Starch) is also found to shift to larger sizes at longer holding times and higher temperatures, but this shift is found to be gradual and for penpure 80, even at 60 C, the size distribution shifts to smaller sizes at longer holding times indicating breakup of the granule. </div><div> The structure of normal maize starch was characterized by cryo scanning electron microscopy. The number of crosslinks in the starch network was inferred from equilibrium swelling. This is related to peak viscosity and zeta potential of granule for NMS and its crosslinked starches. Chemical potential profile as well as the temperature profile within the granule at different times were predicted which were then employed to evaluate the granule size at different times. The proposed model is able to describe the swelling behavior of different varieties of starch and also the effect of crosslinking. </div><div> The viscoelasticity for different starch types, heating rates, and heating temperatures were characterized. A methodology to predict the storage modulus of starch paste due to granule swelling, given the physical properties of the starch granule is presented. In high-volume fraction regime, classical model for foam rheology enabled calculation of limiting storage modulus for different starches. By scaling the storage modulus with limiting storage modulus, the storage modulus of a wide range of starches forms a master curve. This master curve when employed along with the swelling model resulted in the successful prediction of development of texture for different types of starches. </div><div> In low-volume fraction regime (below 65%), Stokesian dynamics simulations are used to predict the viscoelasticity of polystyrene micro particles and fractionated starch suspension and compared with experiments. Predicted values of storage modulus from stokesian dynamics simulation at 4 HZ for different volume fractions of monodispersed polystyrene spheres of two different sizes namely 25 and 116 micrometer compared well with experimental values. Stokesian dynamics also describes the storage modulus of fractionated starch granules for volume fractions between 0.4 - 0.5</div><div> The average granule size of starch in presence of sucrose was initially increasing and then decreasing with maximum swelling at 5% and 10% sucrose concentration for NMS and WRS. The average granules size continuously increases for WMS and decreases for NRS with increase in sucrose concentration. The Gelatinization Temperature increases with increase in sucrose concentration for all starches. Enthalpy of Gelatinization increases with increase in sucrose concentration for Normal starches where as there is no effect of sucrose concentration for waxy starches. Flory Huggins starch-sucrose interaction parameter was characterized which is used to predict the equilibrium swelling power using a mathematical model proposed to quantitatively describe the equilibrium swelling in the presence of solute (sucrose) based on Flory Huggins polymer solution theory to develop rational guidelines for identification of sugar substitute with desirable functional properties. The model predictions of equilibrium swelling power agrees with experimental results.</div>

<div> <p>Thermal processing is a critical step in shelf-stable food manufacturing to the ensure safety of the food products. To accurately model and establish the thermal processes, temperature-dependent thermal properties are needed. Existing methods for measuring the temperature-dependent thermal diffusivity (α), thermal conductivity (k) and volumetric heat capacity (C) are time consuming, tend to have high errors, and cannot provide results in a single experiment, especially at temperatures above 100°C. A novel bench scale device, named Thermal Properties Cell (TPCell), was custom made to rapidly estimate the temperature-dependent thermal parameters of food products. </p> <p> </p> <p>The TPCell used thin film heaters as the heating elements. The first study focused on estimating the thermal properties of a thin film heater. Using mathematical modeling and sequential parameter estimation, the effective thermal diffusivity of the thin film heater was found at different temperatures. The estimated thermal properties of the thin film heater were used for the second study.</p> <p> </p> <p>The objective of the second study was to design optimal complementary experiments using TPCell. Complementary experiments are a combination of experiments that enable estimation of multiple thermal parameters from the experimental temperature data, based on sensitivity analysis. Sensitivity coefficients indicate the extent of change in a measured variable due to a change in value of an input parameter. Designs of experiments were simulated and their impact on sensitivity and optimality criteria was analyzed. Results from the simulated profiles were validated using sweet potato puree. </p> <p> </p> <p>Learnings from this work can be directly applied for the optimization of all types of food thermal processes, including retort and aseptic processing. Optimally designed processes increase preservation of the heat labile nutrients, color, flavor, and taste compounds, thereby enhancing the quality of food products.</p> </div> <br>