Mai 1997 - n°18
Le laboratoire de Biochimie et de Technologie des Protéines de l'INRA de Nantes, a développé dans le cadre d'études sur les propriétés fonctionnelles des protéines, un appareil capable de classer facilement divers produits selon leur capacité moussante. La Société Grosseron, spécialiste de l'agro-alimentaire, a collaboré à ce projet et assuré -à partir du prototype INRA-, la conception et la fabrication du PM930 (brevet INRA, n°PGT/FR92/00509).
Grosseron assure aussi la commercialisation exclusive de cet appareil en france et en Europe.
Le problème actuel pour l'analyse des mousses réside en la difficulté de former et d'analyser la mousse sur un même appareil. La plupart des appareils permettant d'analyser la structure de la mousse nécessitent la formation de celle-ci suivant un protocole défini, puis son transvasement vers une cellule d'analyse. Le PM930 permet, par son principe de fonctionnement, la formation et le suivi de différents paramètres caractérisant la mousse dans une même cellule, et en simultanée.
La mousse est formée par injection de gaz -de l'air en général-, au travers d'un fritté sur lequel repose un volume connu d'échantillon (12ml maximum). Le flux d'air, réglable au moyen d'un débitmètre -et filtré au préalable- assure un bullage homogène au travers du fritté en inox d'une porosité de 0.2µm, permettant ainsi une formation reproductible de la mousse.
Le volume de mousse que l'on veut former est fixé au préalable en réglant la hauteur d'une cellule photoélectrique le long de la colonne à mousse. Celle-ci stoppe le bullage lorsque le volume de mousse est atteint. D'autre part, des cellules spécifiques de conductivité permettent de paramétrer la quantité de liquide incorporé dans la mousse à tout instant pendant la durée de l'essai. De ce fait, il est nécessaire d'utiliser un diluant présentant une certaine conductivité (NaCI0.1mol/l par ex.), ou une solution tampon lorsqu'il s'agit de protéines. La conductivité est exprimée en pourcentage de la pleine échelle, le 100% étant effectué sur une cellule remplie d'échantillon. Ainsi, la sensibilité du conductimètre est adaptable en fonction de la réponse de la solution à analyser, contribuant à une bonne répétabilité des résultats.
Deux méthodes d'analyses peuvent être effectuées en fonction de leur finalité:
* essai type I
Cette méthode n'autorise qu'une seule injection de gaz (celle nécessaire pour obtenir le volume de mousse désiré) indépendamment du comportement de la mousse à étudier. Une fois ce volume atteint, la mousse se déstabilise jusqu'à la fin de l'essai (fixé par l'opérateur).
Cet essai permet donc d'accéder à la cinétique de formation et de drainage de la mousse ainsi qu'à sa densité.
* essai type II
Cet essai reprend le modeI jusqu'à l'obtention du volume de mousse. Après dix minutes de déstabilisation, une deuxième injection de gaz est effectuée afin de reformer le volume de mousse initial.
Il est ainsi possible d'appréhender la stabilité des mousses et de les classer. Un traitement électronique des données fournit les différents paramètres caractéristiques de la mousse sur l'afficheur de l'appareil, sur une imprimante ou sur un micro-ordinateur via une sortie RS232.
L'analyse renseigne sur les paramètres suivants:
- temps nécessaire à la formation du volume de mousse,
- quantité de gaz nécessaire à la formation de ce volume de mousse,
- quantité d'échantillon liquide incorporé dans la mousse,
- volume de gaz total (essai typeII): gaz injecté lors de la première et de la deuxième injection.
La figure 1 montre un essai réalisé à partir de shampooing dilué dans du NaCI0.1mol/L.
Les paramètres fixés sont les suivants:
* volume de mousse formé 50ml
* débit de gaz: 15 ml/mn
* nature du gaz: air
* durée de l'analyse: 20 mn
* volume d'échantillon déposé: 12ml
La figure 2 montre un essai réalisé à partir d'une solution de SODIUM DODECYLSULFATE (S.D.S.) à 0.05mg/ml dans du NaCI 0.1mol/l.
Les paramètres de l'essai sont les suivants:
* volume de mousse formé 50ml
* débit de gaz: 15 ml/mn
* nature du gaz: air
* durée de l'analyse: 20 mn
* volume d'échantillon déposé: 12ml
Les graphes traduisent les volumes de gaz injectés et la quantité de liquide incorporés au cours de l'essai.
Le suivi de l'injection de gaz permet de déterminer, entre autre, la quantité de gaz nécessaire pour former les 50ml de mousse donc d'appréhender la cinétique de formation de cette mousse. Cette approche de la vitesse de formation est possible en comparant les Temps d'Arrêt Moussage (T.A.M.) de chaque essai, c'est-à-dire le temps de bullage réel nécessaire à former le volume de mousse désiré. Cette comparaison n'a de valeur que si les essais sont réalisés dans des conditions identiques.
D'autre part, lors d'essai de typeII, il est pratiqué une seconde injection de gaz après dix minutes de déstabilisation. Le volume de gaz nécessaire à cette réinjection permet le classement des mousses en fonction de leur stabilité.
Le suivi de l'incorporation de l'échantillon liquide dans la mousse donne accès à la notion de densité (rapport mousse/liquide). A partir du volume de mousse obtenu et de la quantité maximale de liquide incorporé (L max), on a donc attrait à la structure de la mousse.
Après avoir obtenu le volume mousse désiré, celle-ci se déstabilise. Deux phénomènes entrent alors en jeu:
- le drainage: le liquide incorporé entre les interfaces des bulles redescend dans la cellule.
- la coalescence: le drainage entraîne une fragilisation des interfaces et lorsque la force exercée par le gaz à l'intérieur des bulles devient supérieure à celle de l'interface, les bulles fusionnent pour former des bulles plus conséquentes. Cette fusion s'accompagne d'une libération de liquide supplémentaire.
La cinétique de drainage peut être mise en évidence à partir des calculs de pente delta (t) delta (liq) après l'arrêt du bullage, ou par le calcul des temps de "demi-drainage": temps nécessaire à drainer la moitié de la quantité de liquide maximal incorporé dans la mousse. (Temps demi-drainage - Temps arrêt moussage).
En essai de type I, il est aussi possible de comparer les quantités de liquide maximum relarguées lors de la déstabilisation.
Ainsi, Lmax, Lmini, Volume d'air réinjecté et drainage permettent de classer les masses selon leur stabilité.
Tous autres calculs susceptibles de caractériser les mousses par l'opérateur sont possibles à partir des valeurs de la quantité de liquide et du volume de gaz injecté transmises par la RS232. A la fin de chaque essai, une simple pression sur la touche TRANSFERT permet de transférer toutes ces données (en temps réel, une valeur exprimée toutes les secondes), vers un PC, et donc , de les traiter ultérieurement sous Excell, ou autres Tableurs.
La modularité des paramètres du PM930 permet une utilisation dans divers domaines applicatifs, tels que les industries agro-alimentaires, cosmétiques, produits lessiviels etc.
La stabilité d'utilisation permet une adaptation tant en contrôle de produit en cours de process qu'en recherche et développement: aide à la formulation de shampooing par exemple, recherche d'environnement favorable ou défavorable à la formation de la mousse pour des produits sensibles aux différentes concentrations en sel, aux variations de ph, force ionique, diluant etc.
Tous les produits dans la limite de leur agressivité vis à vis de l'inox (qualité chirurgical) peuvent être analysés afin de caractériser leurs propriétés moussantes ou anti moussantes.
Eric DUCHESNE
Sté GROSSERON