Academic literature on the topic 'Lait concentré'

Quarante-cinq comparaisons de concentré riches en amidon (A) ou en parois facilement dégradables (P) ont été utilisées pour analyser l’influence de la nature du concentré sur les performances des vaches laitières. Les concentrés P sont légèrement moins encombrants que les concentrés A. Ils conduisent en moyenne à des productions laitières et à des taux butyreux un peu supérieurs (de respectivement + 0,5 kg/j et + 0,6 g ‰), mais à des taux protéiques un peu inférieurs (-0,4 g ‰). Ces écarts, très variables d’un essai à l’autre, ne deviennent cependant importants que lorsque les quantités de concentré offertes atteignent ou dépassent 50 % de la ration totale ( + 1,3 kg/j de lait 4 %, + 3,3 g ‰ de taux butyreux et -0,8 g ‰ de taux protéique entre les concentrés P et A). Dans les conditions françaises habituelles d’utilisation du concentré, la santé des vaches laitières n’est pas affectée par le type de concentré utilisé. Dans ces conditions, le choix du type de concentré dépendra donc plus de contraintes économiques et pratiques que d’avantages zootechniques.

Neuf expériences ont été réalisées à la station expérimentale du Pradel (Sud-Est de la France) de 1991 à 2000 sur la conduite au pâturage des chèvres laitières hautes productrices (800-1100 kg de lait/chèvre/an) et en particulier sur le type de pâturage à adopter (pâturage tournant ou continu), les conditions de la mise à l’herbe et la stratégie de complémentation afin d’évaluer leurs effets sur les performances laitières (production et composition du lait). Deux expériences comparant pendant 3 ans et 100 jours respectivement deux systèmes d’alimentation, en chèvrerie ou au pâturage, ont montré que le pâturage couvre plus de 50% des besoins énergétiques des chèvres et que les productions laitières et les taux butyreux et protéique ne sont jamais significativement différents entre les deux conduites. Dans une troisième expérience aucune différence significative n’a été observée sur la production et la composition du lait de chèvres conduites pendant 100 jours au printemps en pâturage tournant ou en pâturage continu à surface identique et sur ces couverts végétaux comparables. Une quatrième expérience de 120 jours a permis de montrer qu’une mise à l’herbe précoce (début Mars) permet une meilleure production laitière qu’avec une mise à l’herbe plus tardive, vers le 31 Mars. Quatre expériences d’une durée de 12 à 16 semaines ont comparé différents niveaux de complémentation des chèvres au pâturage. L’augmentation de l’apport d’aliment concentré améliore de façon limitée la production laitière, en particulier au dessus de 0,8 kg de concentré/jour/chèvre. Avec de l’herbe de très bonne valeur alimentaire, cette augmentation est de 10 g de lait/100 g de concentré ajouté alors qu’elle est de 40 g avec de l’herbe à un stade plus avancé. La composition du lait est très peu modifiée par l’apport de concentré. Une dernière expérience de 100 jours et certaines expériences précédentes ont précisé les effets de la composition de l’aliment concentré. La nature des sources azotées (protéines peu ou fortement dégradables dans le rumen) influence plus la production laitière que celle des sources énergétiques (amidon vs fibre et matière grasse). Ainsi une production de lait de 1000-1100 kg par an peut être obtenue avec un système alimentaire où le pâturage couvre une part importante des besoins énergétiques totaux des chèvres (50 à 75% environ). Pour cela il est nécessaire que le potentiel génétique des chèvres le permette, que la durée journalière de pâturage soit suffisante (10-11 heures par jour), que les apports de fourrages distribués à l’auge soient très limités ou supprimés, que ceux d’aliments concentrés soient limités à environ 0,8 kg/chèvre/jour et surtout qu’une gestion du pâturage basée sur des contrôles journaliers et des observations précises soit mise en place avec rigueur par l’éleveur.

L’herbe pâturée est un fourrage de valeur nutritive élevée, peu coûteux à produire et à récolter et qui peut constituer le seul aliment de la ration de la vache laitière. En l’absence de toute complémentation, la production et la composition du lait d’une vache laitière au pâturage dépend d’abord de l’animal et de son potentiel au moment de la mise à l’herbe. Mais les conditions de pâturage (chargement, hauteur en début et fin de parcelle) imposées par l’éleveur pour valoriser au mieux l’herbe produite ne permettent pas aux vaches laitières de satisfaire la totalité de leurs besoins énergétiques. En conséquence, l’apport de concentré est aujourd’hui plus efficace que par le passé et des réponses de 1 kg de lait par kg de concentré, accompagnées d’une baisse du taux butyreux et d’une augmentation du taux protéique, sont souvent rapportées. Les travaux récents conduits à l’INRA montrent que cette efficacité varie peu dans les conditions habituelles de pâturage. De même, dans le cas d’apport identique de concentré entre vaches, l’efficacité semble indépendante du niveau de production entre 25 et 45 kg de lait par jour à la mise à l’herbe. Ces résultats permettent de proposer des simplifications dans les modalités d’attribution du concentré au pâturage. Comme en alimentation hivernale, la nature de l’énergie du concentré n’a réellement d’influence sur la composition du lait (taux butyreux) que pour des quantités élevées, supérieures à 5 kg de concentré. L’incorporation de matières premières riches en protéines, même protégées, ne se justifie que dans le cas d’herbe pâturée pauvre en azote. L’apport de fourrages complémentaires au pâturage présente peu d’intérêt et, dans la pratique, contribue souvent à une dégradation des conditions de pâturage. Seules les situations de pénurie fourragère ou de chargement très élevé permettent de bien valoriser à la fois l’herbe pâturée et les fourrages conservés distribués en complément.

Deux rations complètes équilibrées à base d’ensilage de maïs comportant des apports iso-énergétiques d’aliments concentrés témoin classique (1 UFL/kg MS et 115 PDIE/UFL) ou expérimental (pois protéagineux) offertes en quantités limitées ont été comparées. Les apports nutritifs (UFL - PDI) ont été prédéterminés de façon à satisfaire sans excès les besoins des animaux. Selon un schéma expérimental en inversion comportant 2 périodes de 7 semaines, un total de 21 vaches en milieu de lactation (80 % primipares) réparties en 2 lots a reçu l’une ou l’autre de ces rations. Pour des apports moyens de 5,4 kg MS de concentré témoin ou de 4,6 kg MS de pois protéagineux, les quantités ingérées totales ont été identiques (3,08 kg MS % kg de poids vif). Les apports énergétiques ont été comparables (15,6 UFL/j) et ceux de PDI ont été sensiblement plus faibles pour la ration comportant le pois protéagineux. Les bilans énergétiques ont été légèrement excédentaires, surtout pour le traitement expérimental (+ 0,7 UFL). Les bilans PDI sont à l’opposé déficitaires, en particulier pour la ration comportant le pois protéagineux (-130 g contre - 55 g pour le témoin). Pour les 2 traitements, les productions de lait, de matières grasses et de protéines ont été comparables et en moyenne de 23,5 kg, 948 g et 692 g par jour respectivement. La composition du lait a aussi été identique mais les taux protéiques ont été faibles par rapport aux taux butyreux (30 vs 41 g/kg respectivement). Les vaches les plus fortes productrices ont cependant diminué plus fortement leur production de lait 4 % (P < 0,07), de matières grasses (P < 0,02) et le taux butyreux (P < 0,02) lorsqu’elles ont reçu le pois protéagineux. En conclusion, il est possible de valoriser des quantités importantes de pois protéagineux jusqu’à des niveaux de production de 25 à 30 kg de lait par jour. Pour les productions supérieures, il sera nécessaire d’apporter simultanément des protéines de qualité.

Une base de données sur les effets de l’apport d’aliment concentré ou de matières grasses a été constituée pour quantifier la réponse du taux butyreux et de la composition en acides gras du lait chez les petits ruminants. L’apport d’aliment concentré réduit le taux butyreux, de façon plus marquée en ration complète qu’en ration fourrage - concentré séparés. Dans ce dernier type de ration, la réponse de la matière grasse du lait est curvilinéaire, un ratio fourrage concentré 1:1 maximisant la matière grasse produite. Dans ces conditions, les proportions des AG courts et moyens du lait sont peu ou pas modifiées, celles des AG longs saturés et mono-insaturés de type cis sont fortement réduites au profit des formes mono-insaturées trans et de l’acide linoléique. L’apport de matières grasses non protégées augmente généralement le taux butyreux et la matière grasse produite, de façon comparable pour les matières grasses animales ou végétales. Avec des huiles végétales ou animales, ces réponses sont très variables en fonction de l’intensité des effets dépresseurs de ces matières grasses sur la synthèse des acides gras courts et moyens, et de l’accroissement des acides gras longs. Les teneurs en acide linoléique, linolénique et CLA du lait sont accrues par les graines ou l’huile de colza, mais de façon modeste. Les huiles de poisson non protégées n’accroissent que faiblement les teneurs en acides gras poly-insaturés du lait. L’utilisation de savons de calcium (huile de palme principalement) accroît le taux butyreux de façon plus marquée chez les brebis que chez les chèvres, alors que l’accroissement de la matière grasse est comparable entre les deux espèces pour des apports jusqu’à 150 g/j. Ils réduisent la teneur du lait en AG moyens, mais pas celle des acides gras courts, ni celle de l’acide palmitique ; inversement ils induisent une forte augmentation de la teneur en acide stéarique et surtout oléique. La protection de graines ou d’huile de poisson par encapsulation permet de limiter l’effet dépresseur observé sur les acides gras courts et moyens, avec une réduction de l’acide stéarique et oléique au profit des formes trans de cet acide. Dans ces conditions, le transfert des acides linoléique et linolénique est accru en fonction de la richesse des graines pour ces acides gras. Cette forme de protection constitue un moyen modérément efficace de transférer vers le lait les acides gras polyinsaturés des huiles de poisson, ou des CLA alimentaires. L’ensemble de ces résultats fait apparaître un manque de données expérimentales chez les petits ruminants sur les facteurs alimentaires permettant de maîtriser la composition de la MG du lait, en particulier en ce qui concerne les acides gras jouant un rôle potentiel sur la santé humaine.

Cent dix neuf vaches laitières en première lactation ayant vêlé en moyenne le 6 décembre ont été utilisées au cours d’un essai conduit 3 années consécutives. Au cours de l’hiver, tous les animaux recevaient une ration de base composée d’ensilage d’herbe (à volonté) et de foin (4 kg/j). Chaque année 5 lots ont été constitues : 3 niveaux d’apport de concentré au cours de la période hivernale (haut H, moyen M et bas B), et pour chacun des 2 niveaux inférieurs, 2 modes de répartition du concentré (classique (C) ou uniforme (U)), ont été comparés. Au pâturage toutes les vaches ont été conduites ensemble. Au cours de la période expérimentale (semaine 4 à 18 de lactation), les vaches du lot H et des lots M et B ont ingéré respectivement 6,3, 4,8 et 3,5 kg MS/j de concentré et 9,2, 9,5 et 9,8 kg MS/j de fourrages. Les vaches du lot H ont produit en moyenne plus de lait (1,2 et 3,1 kg/j par rapport a celles des lots MC et BC), lait d’une teneur plus élevée en protéines (+ 0,6 et + 1,7 g/kg). Au cours de l’hiver, les variations de poids vifs ont été respectivement de + 1, - 26 et - 39 kg dans les lots H, M et B. A l’échelle de la lactation (305 j) les écarts de production atteignent 169 et 577 kg pour des écarts d’apport de concentré de 202 et 420 kg MS. Il n’y a pas eu d’effet significatif du mode de répartition du concentré sur les performances des animaux. Ces résultats sont discutes en fonction du niveau de production des animaux, et de leur conséquence sur leur carrière ultérieure.

Afin de proposer des plans de rationnement en lait et en aliment concentré, 137 génisses Holstein ont reçu différentes quantités journalières d’aliment d’allaitement (770 à 1320 g/j) et d’aliment concentré (1,5 à 3 kg/j) et ont été sevrées à dif férents âges (9 à 16 semaines). L’augmentation de l’apport d’aliment d’allaitement réduit la consommation d’aliments solides (aliment concentré surtout). Le gain de poids vif des génisses de moins de 6 semaines est alors fortement accru car, jusqu’à cet âge, la substitution de l’aliment concentré à l’aliment d’allaitement est faible. La distribution quotidienne de 1 kg d’aliment d’allaitement avant le sevrage puis de 2 kg d’aliment concentré assure la continuité du croît des génisses après le sevrage. Après l’âge de 6 semaines, la distribution prolongée de 1 kg/j d’aliment d’allaitement au lieu de 2 kg/j d’aliment concentré permet des croîts identiques. Dans de bonnes conditions d’élevage, un sevrage des génisses à l’âge minimum de 8 semaines avec 45 kg d’aliment d’allaitement permet un gain de poids vif régulier de 800 à 900 g/j de la naissance à l’âge de 4 mois.

Les éleveurs laitiers adhérant au Contrôle Laitier ont été enquêtés dans les départements français de Loire-Atlantique (un éleveur enquêté sur deux) et de Vendée (tous les éleveurs) sur leurs pratiques concernant l’alimentation des génisses de la naissance jusqu’après le sevrage. L’alimentation lactée (colostrum, lait entier, lait de remplacement ; nombre de repas, etc) est très variée dans les élevages, à l’inverse de l’alimentation solide (fourrages distribués notamment). L’équilibre des composants de l’alimentation (lait, concentré, fourrage) demande à être précisé dans le cadre du sevrage précoce (à moins de 10 semaines d’âge, ce qui concerne 30 à 50 % des élevages) ou tardif (à plus de 10 semaines d’âge).

En matière de production laitière, en plus des apports indispensables en nutriments protéiques et énergétiques, il est nécessaire que les animaux aient leurs besoins couverts en certains principes minéraux. Pour aborder cette problématique, 32 chèvres du Sahel burkinabé de troisième lactation et d’âge variant entre 4 ans et 4 ans et demi ont été réparties en quatre lots, afin d’évaluer l’impact de quatre rations de complémentation isoazotées, formulées à base de son local et de fanes de niébé, et différant entre elles par des valeurs de rapports matières azotées digestibles/unité fourragère (122, 122, 133 et 153 respectivement pour les lots 1, 2, 3 et 4) et concentré/fourrage (1,27, 1,27, 0,5 et 0 respectivement pour les lots 1, 2, 3 et 4). Le lot 1, comparativement au lot 2, a reçu, en plus de la complémentation isoazotée, une complémentation minérale ad libitum. La production laitière et les performances pondérales des chèvres ainsi que celles de leurs petits ont été suivies pendant 13 à 14 semaines. L’incorporation plus importante de concentré (son local) n’a pas eu d’effet significatif sur la production laitière des chèvres. Cependant, il a été relevé globalement que l’apport de concentré a permis un accroissement de 11 p. 100 de la production totale journalière (quantité traite + quantité consommée par le chevreau). Cette augmentation a été de plus de 40 p. 100 lorsque a été considérée la quantité de lait traite. L’apport du complément minéral aux chèvres du lot 1 a eu une incidence significativement positive (P < 0,05) sur la production laitière de ces dernières, avec en moyenne par animal et par jour, une quantité de lait traite de 358 ± 62 g contre 267 ± 70, 215 ± 32 et 197 ± 76 g respectivement pour les lots 2, 3 et 4. La composition en extrait sec, matières grasses (MG), matières protéiques (MP) et matières minérales du lait n’a pas été significativement influencée par les rations de complémentation. Néanmoins, les laits obtenus des lots 2, 3 et 4 ont été relativement plus riches en MG et MP. Le lait des chèvres du lot 1 a été significativement plus concentré en lactose : 4,35 p. 100 contre 3,9, 3,8 et 3,6 p. 100 respectivement pour les lots 2, 3 et 4. Les gains moyens quotidiens (gmq) des mères ont été de + 7,6 ± 15,9, – 18,3 ± 3,3, – 26,3 ± 31,1 et – 23,7 ± 16,2 g respectivement pour les lots 1, 2, 3 et 4. Les gmq de leurs petits ont été de 50,7 ± 17,3, 46,5 ± 22,5, 39,1 ± 16,6 et 36,8 ± 14,2 g respectivement pour les chevreaux appartenant aux lots 1, 2, 3 et 4. L’indice de consommation évalué a donné des valeurs de 11,1 ± 3,9, 11,6 ± 1,7, 13,2 ± 2,0 et 13,9 ± 2,2 respectivement pour les petits des lots 1, 2, 3 et 4. L’étude a montré qu’avec une bonne combinaison des ressources alimentaires locales l’on pouvait améliorer de façon importante la production laitière de la chèvre Sahélienne en saison sèche. Cette amélioration devient significative s’il y a association d’une complémentation minérale.

Les concentrés laitiers à haute teneur en protéines (plus de 80% de protéines sur base sèche) sont générés par ultrafiltration (UF) et diafiltration (DF). Des membranes polymériques spiralées en polyéthersulfone de seuil de coupure de 10 kDa sont généralement utilisées en industrie laitière afin de maximiser la rétention des protéines. La baisse des flux de perméation et l’encrassement membranaire sont les principales limites à l’efficience du procédé. Ces inconvénients pourraient être limités par une sélection optimale du seuil de coupure membranaire et de la séquence UF-DF. Ce projet avait pour objectif de caractériser les performances (flux de perméation, résistance hydraulique, composition et consommation en énergie et en eau) de procédés d’UF-DF en fonction du seuil de coupure (10 et 50 kDa) et de la séquence UF-DF (3,5X – 2 diavolumes (DV) et 5X – 0,8DV). Les séquences UF-DF ont été réalisées avec du lait écrémé et pasteurisé au moyen d’un système de filtration pilote opéré à 50°C et à une pression transmembranaire (PTM) constante de 465 kPa. Pour une même séquence UF-DF, il a été démontré que le seuil de coupure n’avait pas d’impact (p>0.05) sur les flux de perméation, qui étaient toutefois significativement plus élevés (p<0.05) à l’étape de DF pour la séquence 3,5X – 2DV. Les données expérimentales de ces essais ont été utilisées dans le cadre d'une simulation pour la production d’un concentré de protéines laitières dans une usine laitière modèle traitant 1500 m3 de lait en 20 heures. Cet exercice a révélé que, malgré la forte baisse du flux de perméation (89% pour la séquence 5X – 0,8DV contre 58% pour la séquence 3,5X – 2DV) survenant lors d'une concentration du lait à haute teneur en solides, limiter l'étape de DF demeurerait bénéfique du point de vue de la consommation en énergie et en eau. Les données générées par ce projet permettront d’outiller les industriels pour leurs choix technologiques quant au niveau de concentration à cibler en lien avec une démarche d’amélioration de l’éco-efficience.<br>High-milk protein concentrates (over 80% total protein on a dry weight basis) are typically produced by ultrafiltration (UF) with constant-volume diafiltration (DF). Polymeric spiral-wound UF membranes with a molecular weight cut-off (MWCO) of 10 kDa are mostly used at commercial scale in order to maximize protein retention. Flux decline and membrane fouling during UF have been studied extensively and the selection of an optimal UF-DF sequence is expected to have a considerable impact on both the process efficiency and the generated volumes of by-products. The objective of this work was to characterize performances of UF-DF process in terms of permeate flux decline, fouling resistance, energy and water consumption and retentate composition as a function of MWCO (10 and 50 kDa) and UF-DF sequence (3.5X – 2 diavolumes (DV) and 5X – 0.8DV). UF-DF experiments were performed on pasteurized skim milk by means of a pilot-scale filtration system operated at 50°C and under a constant transmembrane pressure (TMP) of 465 kPa. Results showed that MWCO had no impact (p>0.05) on permeate flux for a same UF-DF sequence. However, permeate flux values were significantly higher during DF for the 3.5X – 2DV sequence whatever MWCO (p<0.05). Experimental values were used as part of a simulation for the production of high milk protein concentrates in a model dairy plant processing 1500 m3 of skim milk in 20 hours. This work revealed that despite the severe total flux decline occurring during high solid concentration of milk (89% for the 5X – 0.8DV sequence vs. 58% for the 3.5X – 2DV sequence), reducing the DF step could still be of great interest in terms of energy and water consumption. The results generated by this project will benefit dairy processors producing high-milk protein concentrates with regards with their technological choices in a sustainable development perspective.<br>Diafiltration

La cryoconcentration a un grand potentiel pour produire des aliments liquides de haute qualité organoleptique et nutritionnelle. En plus, du point de vue énergétique, elle s’avère très compétitive face aux technologies de concentration comme l’évaporation sous vide, l’ultrafiltration, la nanofiltration et l’osmose inverse. Malgré ces avantages substantiels et le développement considérable qu’a connu cette technologie, la cryoconcentration est toujours considérée comme une opération commercialement fiable seulement dans des applications limitées à des produits tels que les jus de fruits, les extraits de café, du thé et des herbes aromatiques. Ainsi, le but principal de ce projet de doctorat est de comprendre l’impact de la cryoconcentration sur les paramètres physico-chimiques et compositionnels du lait écrémé et de l’utiliser comme une étape de concentration dans un procédé de fabrication de lait concentré, de lait concentré stérilisé et de poudre de lait écrémé. Le premier objectif portait sur l’étude de l’effet de la cryoconcentration à effet cascade sur les micelles de caséines, les propriétés rhéologiques et la couleur du lait écrémé concentré pendant cinq semaines de conservation. En utilisant un lait écrémé (fraichement fourni par Natrel) comme témoin avec une teneur en matière sèche totale de X = 9,24 %, trois cycles de cryoconcentration étaient réalisés. Ce traitement a permis d’atteindre des concentrations de 1,6X, 2,3X et 2,7X au cycle 1, 2 et 3, respectivement. Concernant les micelles de caséines, les résultats obtenus n’ont montré aucune différence significative entre l’effet des trois cycles de cryoconcentration sur la distance inter-micellaire et la forme sphérique des caséines. Cependant, avec l’augmentation du cycle de cryoconcentration, la taille des micelles de caséines avait tendance à se déplacer vers de plus petites tailles avec une modification de la distribution de leur diamètre moyen. Les résultats obtenus ont également montré qu’à tous les cycles de cryoconcentration, les micelles de caséines étaient caractérisées par des distributions monomodales où environ 60 % du volume total occupé par les micelles de caséines ont une taille de 100-200 nm. Comparé au lait-témoin, les résultats ont également montré que la cryoconcentration améliore la couleur en augmentant la valeur L* (indice de blancheur) du lait cryoconcentré au-dessus de 67; ce qui est similaire à celui d’un lait entier (non écrémé), et ce, dès le premier cycle de cryoconcentration. Aucune différence significative n’a été observée entre la valeur L* du lait aux trois cycles de cryoconcentration. Enfin, pendant le stockage du lait écrémé cryoconcentré, ses propriétés d’écoulement ont changé, car, une transition d’un comportement newtonien à non-newtonien a été observée à partir de la quatrième semaine à une concentration de 2,7X de matière sèche totale. En plus, une légère augmentation de la taille des micelles de caséines a été observée pendant cette période. Le deuxième objectif de ce projet de doctorat consistait à réaliser une étude comparative sur l’effet de la stérilisation sur la qualité d’un lait écrémé concentré par cryoconcentration, par évaporation sous vide et par osmose inverse pendant l’entreposage. Les résultats ont montré que la stérilisation a augmenté près de 9 fois le coefficient de consistance du lait évaporé contre 2 fois pour le lait cryoconcentré et le lait concentré par osmose inverse. Pendant l’entreposage, la charge nette des protéines du lait produit par évaporation a diminué, alors que celle des protéines du lait cryoconcentré et celui concentré par osmose inverse sont restées plus stables. Le troisième objectif avait pour but de réaliser une étude comparative entre la cryoconcentration, l’évaporation sous vide et l’osmose inverse, comme étape de pré-concentration du lait écrémé, en vue d’en produire du lait écrémé en poudre et d’évaluer les propriétés physico-chimiques et techno-fonctionnelles des poudres. Tout d’abord, l’observation de la morphologie, de la forme et l’analyse de la taille ont révélé que la surface des particules était lisse avec un petit nombre de sous-structures visibles sur la surface de l’échantillon issu de l’évaporation sous vide et de l’osmose inverse. La poudre du lait cryoconcentré et celle du lait concentré par osmose inverse avaient moins de particules fragmentées et plus de particules de grandes tailles que la poudre de lait évaporé. À la granulométrie (taille de particule) de 250 µm, la poudre de lait cryoconcentré avait trois fois le volume (%) de la poudre de lait concentré par osmose inverse et la poudre de lait évaporé sous vide. Après reconstitution, les micelles de caséines dans du lait reconstitué à partir de la poudre obtenue en utilisant du lait écrémé cryoconcentré présentaient la plus grande taille suivie de celle du lait reconstitué à partir de poudre obtenue avec du lait concentré par osmose inverse avec des pics de distribution se situant à 190 nm et à 164 nm, respectivement, pour la poudre obtenue par cryoconcentration et celle obtenue par osmose inverse. Malgré la différence de techniques de pré-concentration, toutes les poudres présentaient un indice de solubilité élevé (&gt; 85%). Cependant, les poudres de faible granulométrie (75 µm) ont présenté une faible solubilité, ce qui est normal pour cette granulométrie. Pour la dispersion, c’est seulement à la granulométrie optimale (105 µm) que toutes les poudres ont montré les plus grands indices de dispersion. Cependant, elles n’ont pas présenté une bonne dispersion (&lt; 90%) selon les normes de la fédération internationale du lait (FIL). Indépendamment de la taille et du prétraitement, toutes les poudres ont également une faible mouillabilité. Ainsi, ce projet a apporté une contribution aux connaissances sur l’utilisation de la cryoconcentration comme alternative prometteuse dans la fabrication du lait concentré, concentré stérilisé et du lait en poudre.<br>Cryoconcentration has great potential to produce foods of high nutritional and organoleptic quality. Moreover, it can be very competitive in comparison with vacuum evaporation and reverse osmosis. Despite these substantial benefits and the considerable technological developments, the use of cryoconcentration at industrial scale is still limited. However, some products are produced by cryoconcentration at high scale such as concentrated fruit juices, coffee and tea extracts, as well as different flavorings. Thus, the aim of this project was to study effect of cryoconcentration on skim milk properties and to use this technique as a concentration step for the production of concentrated skim milk and skim milk powder. The first objective was aimed to study the effects of cryoconcentration carried out in a cascade effect on skim milk properties such as casein micelles, color and rheological properties of concentrated skim milk during five weeks of storage. Fresh skim milk with X = 9.24% total dry matter was used as feed material (control). By using three cryoconcentration cycles, it was possible to reach concentrations of: 1.6X, 2.3X and 2.7X at the end the 1st, 2nd and 3rd cryoconcentration cycles, respectively. Moreover, the obtained results showed that cryoconcentration cycle had no significant effect on the inter-micellar distance and the spherical shape of the caseins, but an increase of the cryoconcentration cycle modified the distribution of the mean particle size of the casein micelles towards the smaller units. Furthermore, at all cryoconcentration cycles, monomodal distributions of the micelles particle size were observed where about 60% of the total volume was occupied by the casein micelles which have a size of 100-200 nm. Moreover, the obtained results clearly showed that cryoconcentration significantly improved the color of the cryoconcentrated skim milk by increasing the L* value up to 67 which is similar to that of whole milk. Finally, during storage, a transition from Newtonian to non-Newtonian behavior of the cryoconcentrated skim milk corresponding to the one obtained at the end of the 3rd cycle (2.7X) was observed from the fourth week of storage with a slight increase of size of the caseins micelles. The aim of the second objective was to compare the effect of sterilization on the quality of concentrated skim milk obtained by cryoconcentration, vacuum evaporation and reverse osmosis during storage. The results showed that sterilization increased viscosity of the evaporated milk nearly 9 times versus 2 times the viscosity of the cryoconcentrated milk and the concentrated milk by reverse osmosis. During storage, the protein net charge of milk produced by vacuum evaporation decreased, while that of cryoconcentrated milk and reverse osmosis remained more stable. The aim of the third objective was to study the pre-concentration of milk by cryoconcentration for the manufacture of skim milk powder in comparison with vacuum evaporation and reverse osmosis. The physico-chemical characterization and techno-functional properties of the powder was also carried out. Observation of powder morphology, shape and particle size analyses revealed that the surface of the particles was smooth with a small number of substructures visible on the surface of the sample from vacuum evaporation and reverse osmosis. The powder of the cryoconcentrated milk and those of the concentrated milk by reverse osmosis had fewer fragmented particles and larger particles than the evaporated milk powder. At the particle size of 250 µm, the cryoconcentrated milk powder had three times the volume of the milk powder concentrated by reverse osmosis and vacuum evaporation. After reconstitution, the casein micelles of the powder obtained from cryoconcentrated milk showed the largest size followed by that obtained from concentrated skim milk by reverse osmosis with distribution peaks at 190 nm and 164 nm, respectively, for the powder obtained from cryoconcentrated milk and reverse osmosis concentrated milk. Despite the differences in the pre-concentration techniques, all the powders had a high solubility index (&gt; 85%), but the powders with small granulometry (75 µm) showed a low solubility. For dispersion, only the optimum particle size (105 µm) showed the greatest dispersion index, but they did not show good dispersion (&lt; 90%) according to the international dairy federation (IDF) standard. Irrespective of size and pre-treatment, all powders have low wettability. Thus, this project contributed to knowledge advancement on the use of cryoconcentration as a promising technique in the manufacture of concentrated sterilized skim milk and skim milk powder.

L'objectif de ce travail est l'obtention des flaveurs fromagères type "bleu" et "emmental" en utilisant l'accélération de l'affinage et des substrats non conventionnels. L'accélération de l'affinage pour l'obtention de flaveurs fromagères peut être réalisée en combinant différentes techniques : l'élévation de la température donne des résultats satisfaisants grâce à l'augmentation de l'activité microbienne. Les possibilités d'écarter les contaminations ont été évaluées et confirmées. Le potentiel de fermentation sur caillé granulaire a été confirmé, et l'on a obtenu une bonne biotransformation des substrats. L'ensemencement massif est une méthode prometteuse pour l'obtention des arômes fromagers, surtout dans le cas de la flaveur bleu. Les laits à haute teneur en matière sèche permettent d'obtenir un bon produit pour les produits de type" bleu". En revanche dans le cas de Propionibactérium, nous assistons à des variations métaboliques qui restent à approfondir et notamment la production d'acide butyrique. Ainsi, il n'a pas été possible d'obtenir, dans ces conditions, un arôme emmental type et franc. Cependant, cette technique pourrait permettre l'obtention d'un arôme de type" parmesan". Dans certains cas, l'addition de crème lipolysée peut être intéressante, surtout dans le cas des substrats de substitution maigres, car pour les caillés granulaires des défauts apparaissent. Cette étude ouvre aux substrats de substitution à base de protéines de soja, de nouvelles voies d'utilisation. La stabilisation des produits a été résolue en utilisant le séchage sous vide. Ce processus a permis de confirmer sa performance pour la stabilisation des produits issus des fermentations, ainsi que sa capacité à limiter la perte en composés volatils.

L'objectif principal de cette thèse est d'étudier l'influence du pourcentage de concentré de la ration combiné à la supplémentation lipidique sur les flux duodénaux des parois et des lipides, sur les performances laitières et la composition en acides gras (AG) du lait de chèvre. Dans une deuxième phase, nous étudions les effets induits par l'infusion duodénale de t10,c12-CLA et son interaction avec les facteurs alimentaires décrits ci-dessus sur la production de la matière grasse (MG) du lait de chèvre et son profil en AG. Dans l'étude bibliographique, nous avons quantifié l'influence de l'apport de lipides issus d'oléo-protéagineux, selon la présentation des lipides (graines vs. huiles) et l'origine botanique sur les performances laitières et de la composition du lait. Pour cela, nous avons constitué une base de données compilant les informations issues des recherches conduites uniquement sur des vaches laitières, en raison du faible nombre d'études sur des chèvres. La réponse de la production laitière à l'incorporation de lipides est variable selon le stade de lactation. L'incorporation d'oléo-protéagineux réduit le taux butyreux (TB) du lait, principalement lorsque l'apport se fait sous forme d'huile; parallèlement on observe une augmentation des proportions des AG trans-C18:1 dans le lait. L'origine botanique de l'oléoprotéagineux a moins d'impact sur les performances laitières que sur le profil en AG longs. La partie expérimentale est constituée de deux expérimentations conduites sur des chèvres laitières en milieu de lactation, en vue de relier la composition des flux duodénaux de lipides et le profil en AG du lait. Le dispositif expérimental factoriel 2 x 2 a combiné la proportion de concentré (bas: 45% vs. haut: 65% de la matière sèche de la ration) et l'apport lipidique (Expérimentation 1: témoin sans lipides vs. graines de colza laminées) ou la nature des lipides (Expérimentation 2: graines de colza laminées vs. graines de soja extrudées). Contrairement aux résultats obtenus sur des vaches laitières, les rations riches en concentré, l'apport de lipides, ou la combinaison de l'apport de lipides au sein des rations riches en concentré ne diminuent pas le TB du lait. En revanche, les pourcentages de trans-C18:1 (surtout de t11) et de c9,t11-CLA dans le duodénum et dans le lait sont augmentés par ces facteurs et leur interaction. La nature de la supplémentation lipidique n'a que peu d'impact sur les performances laitières. Les graines de colza augmentent les teneurs des AG trans dans le lait par rapport au soja; toutefois il est difficile de séparer les effets de l'origine des graines de l'effet de la quantité d'AG ingérés. Les flux duodénaux et fécaux des parois sont diminués par les rations riches en concentré, mais non modifiés par l'apport lipidique, probablement parce que les quantités d'AG ingérés n'ont pas été assez élevées et/ou les graines n'ont pas permis une libération des AG assez rapide pour avoir un effet défavorable sur les microbes cellulolytiques du rumen. Les raisons de la différence de réponse entre chèvres et vaches à l'apport lipidique ne sont pas complètement élucidées, mais la différence de sensibilité de la synthèse mammaire de MG à certains AG trans semble être une de ces raisons. Indépendamment du régime, l'infusion duodénale de t10,c12-CLA, un très puissant inhibiteur des enzymes responsables de la synthèse de novo dans la glande mammaire bovine, ne provoque pas des réductions du TB dans le lait de chèvre, malgré un important transfert vers le lait. Par contre, dans les deux espèces, cet AG diminue la capacité de desaturation dans la glande mammaire. Chez les chèvres, l'utilisation de rations riches en concentré et supplémentées en lipides a augmenté la production de lait, de MG, de t11-C18:1 et de c9,t11-CLA. Par ailleurs, le profil en AG du lait de chèvre peut être modulé par l'origine botanique de l'oléoprotéagineux ajouté à la ration.

La pré-concentration du lait par osmose inverse (OI) avant la fabrication fromagère présente plusieurs avantages en termes d’éco-efficience, dont l’obtention d’un perméat à faible charge polluante réutilisable comme eau de procédé et la réduction des coûts et gaz à effet de serre (GES) liés au transport du lait. Les fortes teneurs en lactose et minéraux des concentrés OI diminuent toutefois leur aptitude à la transformation fromagère, ce qui nécessite une correction des propriétés physicochimiques avant la coagulation. L’objectif du projet était d’optimiser l’utilisation des concentrés d’OI à différentes concentrations (5% à 11% de protéines) par l’ajustement du pH d’emprésurage. La cinétique de coagulation par la présure, la répartition des protéines et minéraux entre les phases soluble et colloïdale et la fabrication fromagère ont été étudiées sur des concentrés OI en comparaison à des concentrés d’ultrafiltration (UF). Les résultats ont montré qu’une augmentation de la concentration par OI induisait un ralentissement du mécanisme de coagulation, caractérisé par l’augmentation du temps de coagulation et de la vitesse de raffermissement du gel, laquelle plafonnait à des teneurs protéiques supérieures à 9%. La concentration par OI favorisait l’augmentation du calcium micellaire en comparaison avec les témoins d’UF. En fabrication fromagère, une hausse de la concentration par OI était associée à une augmentation du rendement, de l’humidité et de la composition en lactose des fromages. La diminution du pH d’emprésurage s’est avérée un important levier pour corriger les concentrés OI en favorisant une déminéralisation partielle des micelles de caséine et un meilleur égouttage des fromages, ainsi qu’en accélérant la coagulation. Les résultats obtenus ont démontré que les altérations physicochimiques augmentaient avec la concentration par OI et que l’acidification avant emprésurage s’avérait une étape essentielle. Des combinaisons pH-concentration qui facilitent l’utilisation des concentrés OI en fromagerie ont été ciblées après comparaison avec les concentrés UF.<br>Pre-concentration of cheese milk by reverse osmosis (RO) has several advantages, including obtaining a low-pollutant permeate reusable as process water and reducing costs as well as greenhouse gas (GHG) emissions related to milk transportation. However, high levels of lactose and salts content in RO concentrates impair their cheesemaking abilities. A correction of their physicochemical properties before coagulation is therefore needed. The objective of this work was to optimize the use of RO concentrates at different concentrations (5% to 11% protein content) for cheesemaking by renneting pH adjustment. Rennet-induced coagulation kinetics, salt partitioning and cheesemaking properties were compared to ultrafiltration (UF) concentrates. Results showed that concentration by RO induced an increase regarding the coagulation time and the maximal firming rate of the gel that reached a plateau at 9% protein content. Significant increases of micellar calcium as well as in yield, moisture and lactose content of cheese were also observed. Lowering the renneting pH was found to improve the cheesemaking properties of RO concentrates by promoting partial demineralisation of casein micelles, accelerating the coagulation kinetics and increasing curd drainage. The results obtained in this study demonstrated that physicochemical alterations increased with RO concentration and that acidification before renneting was an essential step. The data obtained makes it possible to target the concentration-pH combinations that improve the use of RO concentrates in cheesemaking in comparison to UF concentrates

L’ajustement protéique du lait de fromagerie par ultrafiltration (UF) est une pratique courante, mais très peu d’études ont porté sur l’utilisation de l’osmose inverse (OI) pour la fabrication fromagère. La préconcentration du lait de fromagerie par OI permettrait d’améliorer l’éco-efficience du procédé, ainsi que d’augmenter l’efficacité de production et les rendements. Des travaux récents ont montré que les fromages fabriqués à partir des concentrés d’OI contiennent une teneur importante en lactose et en minéraux et sont plus humides que les autres types de fromages. Dans le cadre de ce projet de recherche, l’ajustement du pH, le lavage du caillé et l’utilisation d’un agent chélateur du calcium sont les leviers qui ont été évalués pour leur potentiel à égoutter et à déminéraliser le fromage. Les propriétés fromagères ont été étudiées en comparaison avec celles des concentrés d'UF. Dans cette étude, il a été possible d’explorer une nouvelle application d’un sel habituellement utilisé pour la fabrication des fromages fondus. Le salage à sec avec le citrate de sodium (TSC) a amélioré la rétention du gras de 4,56 % dans les fromages d’OI, mais des études complémentaires de distribution minérale seront nécessaires pour déterminer s’il s’agit d’un levier d’intérêt. Dans les conditions testées, le lavage du caillé n’a pas amélioré les propriétés des concentrés d’OI. L'acidification a permis d’augmenter les rendements, la rétention du gras et l’égouttage et a diminué la teneur en minéraux et le ratio calcium total / protéines du fromage modèle. Les rendements obtenus lors de la fabrication fromagère à partir des concentrés d’OI étaient de 2 à 3 % supérieurs à ceux obtenus en UF. Cette étude suggère que le pH peut jouer un rôle majeur dans l'amélioration de la qualité des fromages faits de concentrés d'OI et que ce type de concentré peut contribuer à améliorer significativement les rendements fromagers par rapport à l’UF.<br>L’ajustement protéique du lait de fromagerie par ultrafiltration (UF) est une pratique courante, mais très peu d’études ont porté sur l’utilisation de l’osmose inverse (OI) pour la fabrication fromagère. La préconcentration du lait de fromagerie par OI permettrait d’améliorer l’éco-efficience du procédé, ainsi que d’augmenter l’efficacité de production et les rendements. Des travaux récents ont montré que les fromages fabriqués à partir des concentrés d’OI contiennent une teneur importante en lactose et en minéraux et sont plus humides que les autres types de fromages. Dans le cadre de ce projet de recherche, l’ajustement du pH, le lavage du caillé et l’utilisation d’un agent chélateur du calcium sont les leviers qui ont été évalués pour leur potentiel à égoutter et à déminéraliser le fromage. Les propriétés fromagères ont été étudiées en comparaison avec celles des concentrés d'UF. Dans cette étude, il a été possible d’explorer une nouvelle application d’un sel habituellement utilisé pour la fabrication des fromages fondus. Le salage à sec avec le citrate de sodium (TSC) a amélioré la rétention du gras de 4,56 % dans les fromages d’OI, mais des études complémentaires de distribution minérale seront nécessaires pour déterminer s’il s’agit d’un levier d’intérêt. Dans les conditions testées, le lavage du caillé n’a pas amélioré les propriétés des concentrés d’OI. L'acidification a permis d’augmenter les rendements, la rétention du gras et l’égouttage et a diminué la teneur en minéraux et le ratio calcium total / protéines du fromage modèle. Les rendements obtenus lors de la fabrication fromagère à partir des concentrés d’OI étaient de 2 à 3 % supérieurs à ceux obtenus en UF. Cette étude suggère que le pH peut jouer un rôle majeur dans l'amélioration de la qualité des fromages faits de concentrés d'OI et que ce type de concentré peut contribuer à améliorer significativement les rendements fromagers par rapport à l’UF.<br>The protein adjustment of cheese milk by ultrafiltration (UF) is a common practice, but very few studies have focused on the use of reverse osmosis (RO) for cheesemaking. Milk preconcentration by RO prior to cheesemaking could improve the eco-efficiency of the process, as well as to increase production efficiency and yields. Previous studies have shown that cheeses made from RO concentrates have a high content of lactose, minerals and moisture in comparison to other types of cheeses. As part of this research project, pH adjustment, curd washing and the use of a calcium chelating agent are the levers that have been evaluated for their potential to decrease the level of moisture and minerals in the cheese. Cheesemaking properties of RO concentrates have been studied in comparison with those of UF concentrates and non-concentrated milk. In this study, it was possible to explore a new application of a chelating salt usually used in processed cheese. Dry salting with trisodium citrate (TSC) improved fat recovery by 4.56%, but further studies of mineral distribution will be necessary to determine if it is a lever of interest. In the conditions tested, washing the curd with water or with TSC solution did not improve the properties of RO concentrates. Acidification helped to increase yields, fat recovery and curd drainage and decreased the mineral content and total calcium / protein ratio of model cheese. The yields obtained during cheesemaking from RO concentrates were 2 to 3 % higher than those obtained with UF. This study confirms the importance of controlling pH in cheesemaking and its fundamental impact on cheese mineralization and moisture. It also suggests that pH can play a major role in improving the quality of cheese made from RO concentrates and that this type of concentrate can significantly improve cheese yields compared to UF.<br>The protein adjustment of cheese milk by ultrafiltration (UF) is a common practice, but very few studies have focused on the use of reverse osmosis (RO) for cheesemaking. Milk preconcentration by RO prior to cheesemaking could improve the eco-efficiency of the process, as well as to increase production efficiency and yields. Previous studies have shown that cheeses made from RO concentrates have a high content of lactose, minerals and moisture in comparison to other types of cheeses. As part of this research project, pH adjustment, curd washing and the use of a calcium chelating agent are the levers that have been evaluated for their potential to decrease the level of moisture and minerals in the cheese. Cheesemaking properties of RO concentrates have been studied in comparison with those of UF concentrates and non-concentrated milk. In this study, it was possible to explore a new application of a chelating salt usually used in processed cheese. Dry salting with trisodium citrate (TSC) improved fat recovery by 4.56%, but further studies of mineral distribution will be necessary to determine if it is a lever of interest. In the conditions tested, washing the curd with water or with TSC solution did not improve the properties of RO concentrates. Acidification helped to increase yields, fat recovery and curd drainage and decreased the mineral content and total calcium / protein ratio of model cheese. The yields obtained during cheesemaking from RO concentrates were 2 to 3 % higher than those obtained with UF. This study confirms the importance of controlling pH in cheesemaking and its fundamental impact on cheese mineralization and moisture. It also suggests that pH can play a major role in improving the quality of cheese made from RO concentrates and that this type of concentrate can significantly improve cheese yields compared to UF.

La vitamine D joue un rôle métabolique important au niveau de l’absorption du calcium et du phosphore. Or, selon une étude récente, 10 % des Canadiens souffrent d’une carence en vitamine D et 32 % ont des niveaux jugés inadéquats pour le maintien d’une bonne santé osseuse. Au Canada, de par sa fortification obligatoire, le lait de consommation est une bonne source de vitamine D. Cependant, comme sa consommation est en constante diminution, d’autres sources de vitamine D, tels que les fromages, permettraient de combler les besoins nutritionnels des Canadiens. Afin de réduire la perte de vitamine D dans le lactosérum durant la production fromagère, des fromages de type Cheddar ont été fabriqués à partir de laits concentrés par ultrafiltration. Ce processus a permis de réduire la quantité de lactosérum produit lors des fabrications fromagères et par conséquent, a augmenté la rétention de la vitamine D dans les fromages.<br>Vitamin D plays an important metabolic role in the absorption of calcium and phosphorus. However, according to a recent study, 10 % of Canadians are deficient in vitamin D and 32 % having levels considered inadequate to maintain a good bone health. In Canada, due to its regulation, milk is a good source of vitamin D. However, as milk consumption is decreasing continuously, other sources of vitamin D, such as cheeses, would fulfill the nutritional needs of Canadians. To reduce the loss of vitamin D in whey during cheesemaking, Cheddar cheeses were manufactured from milk concentrated by ultrafiltration. This process allowed the reduction of the amount of whey produced during cheese manufacturing and consequently improved the vitamin D retention in the cheese.

This chapter deals with the most important results in SD, namely, the classical solutions of the theory in which the equivalence with (GR) breaks down. Firstly, I study the case of homogeneous but not isotropic cosmologies, known as ‘Bianchi IX’ universes in detail. In this case, each solution that reaches the big bang singularity can be continued uniquely through it, just by requiring continuity of the conformally- and scale-invariant degrees of freedom. The result is a couple of cosmological solutions with opposite orientation glued at the big bang. This result is more general than the homogeneous case, and can be extended to a large class of solutions if the BKL conjecture is valid. In the case of spherically symmetric solutions one has to couple gravity to some form of matter in order to have dynamically non-trivial degrees of freedom. The simplest case is a series of concentric infinitely thin shells of dust in a universe with the topology of a three-sphere. In this case too a departure from the dynamics of (GR) is seen, that manifests itself in a failure of the CMC slicing when one of the shells collapses (no spacetime corresponding to that solution of SD exists). The conformally invariant degrees of freedom, again, seem to still be regular when this happens. In the last part of the chapter I will discuss the sense in which one can talk about asymptotically flat solutions of SD, and past results in this regime.

The worlds of ancient Greece and Rome are characterized by a high degree of visuality of their social spaces. A theoretical fundament is laid out by the distinction between experienced and conceptual space, in interrelation with human actions. Fundamental is cultural practice, religious rituals, and political activities in interrelation with public architecture and urban spaces. Social life, as it developed in visually marked spaces, is exemplified in a concentric sequence: civic sanctuaries and agorai/fora, city areas and territories, empires, and liminal zones, comparing different concepts between Greece and Rome.

As we have seen, heating of food is one of the oldest and most powerful ways of making food safe and stable, whether cooking a burger on a barbecue or pasteurizing juice, but is also a potentially highly damaging thing to do to many food products. So, it makes sense that a key principle of processing food is to understand how to control the flow of heat as precisely as possible. In Chapter 8, I introduced how we can maximize the efficient transfer of heat into and out of food in a kitchen in simple systems, like pots on stoves. In practice, in large-scale processes, to transfer heat efficiently from hot to cold, and in this way keep the lords of thermodynamics happy while minimizing damage to the food being heated, we need to use clever pieces of equipment, called heat exchangers (reflecting the fact that, just as the cold part of the system gets hotter, so the hot part gets colder in the deal; fair exchange is no robbery). To visualize a heat exchanger, imagine a simple metal tube, through which a cold liquid is flowing from one end to the other. Now surround that tube with a larger one, through which a hot liquid flows (as shown in Figure 11.1). The wall of the inner tube is exposed to cold on the inside and hot on the outside, and this temperature gradient is the pump that transfers heat across that wall, in nature’s obsessive quest for equality in all things temperature-y. So, now we have two tubes laid horizontally in concentric neatness, say with a hot and a cold liquid flowing in from the left-hand side; as they exit at the right-hand side, the outer hot liquid will be colder, and the inner liquid will have gained the lost heat and thus become hotter. If the tubes were sufficiently long, then both would come out at exactly the same temperature.

Computational Fluid Dynamic (CFD) is used to model turbulent flow of non-Newtonian polymeric fluids in concentric annulus. The so called Generalized Newtonian Fluid (GNF) approach is used. Four turbulence models are tested. Applicability of each model in predicting turbulent flow of non-Newtonian fluids in annulus is assessed by comparing results of pressure loss and or velocity profiles with experimental data. The first tested model is a modified version of Lam-Bremhorst k–ε turbulence model. The modification was originally developed to model flow of power law fluids in smooth circular pipes. Results of simulation study showed that this model significantly overestimates the pressure losses. Two k–ε closure type turbulence models, one developed to model turbulent flow of Herschel-Buckley and the other for power law fluids, are shown to fail in predicting turbulent flow of polymer solutions. One of the models contains a damping function which is analyzed to show its inadequacy in damping the eddy viscosity. The last tested model is a one layer turbulence model developed for predicting turbulent flow in annular passages. The model has an adjustable parameter, which is shown to control the slope of velocity profiles in the logarithmic region. It is demonstrated that if the model constant is selected carefully, the model accurately predicts pressure loss and velocity profiles.

Umbilicals for offshore application are very complex, since they combine elements of different mechanical behavior, such as steel tubes, thermoplastic hoses and power cores in a single structure, not to mention helically laid-up armouring layers and polymeric sheathes. This motivates continuous research on their mechanical modeling. This paper presents research undertaken in the structural behavior of umbilicals and focus on the mathematical modeling of the elements, which are gathered into concentric layers. Interaction between layers is included as well as helical lay-up of elements. The model here presented will be compared to a set of experimental results in a separate paper (Part II). An analytical model was developed combining equilibrium equations, geometric compatibility and constitutive relations to obtain a set of equations that describe the umbilical behavior under external loads. This set of equations is numerically solved to obtain contact pressures (or gaps) among layers, radial variations and strains in the elements (used to calculate the stresses). The model was built to be general in order to be able to cope with complex cross-sections designs often encountered. It was then implemented in a tailor made local analysis software, called UTILFLEX®. Both modeling and software resulted from a development program partnership between Prysmian Cables &amp; Systems and University of Sa˜o Paulo. The paper will present modeling hypotheses and structural models that were used for steel tubes, hoses (thermoplastic and reinforced) and power cables and how the interaction among them has been treated.

In the last decade, microencapsulated phase change material (MPCM) slurries have been proposed and studied as novel coolants for heat transfer applications. Such applications include electronics cooling, and secondary coolants in air conditioning systems among others. Experiments have shown that MPCM’s increase the overall thermal capacity of thermal systems by taking advantage of the phase change material’s latent heat of fusion. However, research has also shown that the overall heat transfer coefficient is diminished due to a reduction in the effective thermal conductivity and increased viscosity of the slurry. For this reason, there is an urgent need to modify the content of microcapsules containing phase change material to increase their effective thermal conductivity and the overall heat transport process. Our solution consists of increasing the thermal conductivity of MPCM by adding carbon nanotubes to the shell and core of the microcapsules. Carbon nanotubes have shown to increase the thermal conductivity of liquids by 40% or more in recent experiments. In this paper, MPCM slurry containing octadecane as phase change material and multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs) embedded in the capsule material and core are compared with pure water as heat transfer fluid. Thermal and physical properties of MPCM slurry containing carbon nanotubes were determined using a differential scanning calorimeter and concentric viscometer, respectively. Experimental convective heat transfer coefficient data for MWCNT aqueous suspensions under laminar flow and constant heat flux were determined using a bench-top heat transfer loop. Experimental heat transfer results are presented.

The orifice throttle pipelines with large pressure drop suffer damages from two aspects: high frequency vibration caused by cavitation and low frequency vibration caused by high flow velocity. In order to solve the vibration phenomenon of typical throttling pipe with large pressure drop in the system of nuclear power plant, the key hydraulic characteristics such as pressure drop, flow velocity, streamline and eddy current were simulated and analyzed for single-stage orifice throttling pipe. The negative pressure area was found in the downstream of the orifice, where cavitation occurred. Eddy current was formed due to the large local velocity caused by the orifice plate jet. Then, the throttle performance of multi-stage concentric orifice plates was evaluated by means of blockage pressure drop method. The cavitation damage was relieved greatly. But it was not eliminated, especially in the last stage orifice. The expanding type five-stage orifice plate was designed according to pressure drop stage-decreasing principle, with which the possibility of cavitation was eliminated but large pressure drop resulted in large flow velocity at the downstream of the first orifice plate. Multi-stage eccentric orifice plate was designed with the consideration both in cavitation characteristics and velocity distribution, which could eliminate the harm of cavitation and reduce the low frequency vibration caused by large flow velocity to a maximum extent. As a result, multistage eccentric orifice plates could be recommended as an optimized design scheme for the vibration control of the orifice piping with large pressure drop.

Along the last five decades and through three different stages, the urban development plans —general plans— of Valladolid, a medium-sized Spanish city, show an interesting evolution in the way of configuring the global urban form and controlling urban development that we can also find in other similar Spanish cities. In the sixties and seventies, plans proposed “autonomous” expansive schemes foreseeing a huge rate of urban growth, so they defined wide areas to be urbanised through new transport infrastructures and typical zoning mechanisms. In the eighties, after decay in urban and economic development and during the transition to democracy, the new local governments focused on the existing city and fostered a more controlled urban growth. However, plans continued to employ the same tools to manage future urban form —definition of transport infrastructures and sectors to be urbanised—, although they looked for more “controllable” forms, such as radio-concentric ones, aiming at a gradual and homogeneous implementation —compact city—. When real-estate market recovered in early nineties, this strategy revealed its weaknesses: fragmented urban fringe and tendency to a congestive model, reinforced when a new generation of expansive plans drove these schemes out of the limits they were conceived with. However, an alternative and more sustainable model had already emerged, as some new urban planning tools proposed a change of perspective: managing global urban form not through future urbanised spaces, but through open ones, generating an “empty” network able to give coherence to the whole urban structure in a metropolitan scale.

In order to study the mechanical response of concrete-filled steel tubular (CFST) columns, several experimental and theoretical studies have been conducted in the last years. However, the influence of thin-walled steel tubes on the axial capacity of these composite columns is not completely stablished, especially when it is combined with high-strength concrete as infill. In this paper, the results of an experimental campaign on 9 concrete-filled steel tubular stub columns subjected to concentric load are presented. Different cross-section shapes are considered in this campaign, i.e. circular, square and rectangular. The influence of the steel tube wall thickness is analysed by including in the tests specimens with thin-walled tubes, whose behaviour needs to be studied in depth given the issues arising when working under compression. The experimental program is designed so the analysis of the results permits to drawn consistent conclusions. For each series, the steel tube thickness is the only geometric parameter modified in order to properly study its effect. Besides, two different concrete strengths were considered for the concrete infill, i.e. normal and high- strength concrete, to observe their effect on the ultimate capacity of the columns. During the tests, the specimens are subjected to axial load and the evolution of the axial displacement with the load is registered. The ultimate capacity of each specimen is obtained and an analysis of the steel tube thickness and concrete strength influence is accomplished. Finally, the study of the dependency of the failure mode on these parameters is carried out.

Forced convection air-cooled electronic systems utilize fans to sustain air flow through the enclosure. These fans are typically axial flow fans, radial impellers, and centrifugal blowers. When computing flow fields in electronic enclosures, axial fans have traditionally been abstracted as lumped fan models which may or may not be able to capture the necessary details. Under certain conditions, such lumped models may also capture some flow characteristics in the case of impellers and centrifugal blowers. These lumped models comprise a significantly simplified fan geometry, i.e. usually a planar (2-D) rectangular or circular surface with/without an inner (hub) concentric no-flow region for an axial fan or a rectangular prism/cylinder with a planar inlet for blowers/impellers, and a “pressure head-flow rate” (P-Q) curve, which may be supplied by the fan vendor or experimentally derived by the thermal designer. Irrespective of the source, the P-Q curve is obtained from laboratory experiments that conform to the test codes published by societies such as ASME and AMCA. Convenience and accuracy of lumped fan models are dependent on the specific application, cooling method and also the acceptable error margin. The acceptable error margin of the thermal design has shrunk significantly in the last decade. This has caused an interest in more accurate and robust fan modeling techniques such as Multiple Reference Frame (MRF) model which has already been commonly and successfully used in many different industries for a while. In this paper, an attempt was made to provide a validation of the MRF fan modeling applied to different types of fans. The computational fluid dynamics (CFD) model of an AMCA standard wind tunnel was used for each of the fans investigated. The P-Q curve obtained from the MRF model is benchmarked against the corresponding experimentally derived P-Q curve. Benefits and limitations of the MRF model are also discussed.

Evaporation of liquids is of major interest for many topics in process engineering. One of these is chemical process engineering, where evaporation of liquids and generation of superheated steam is mandatory for numerous processes. Generally, this is performed by use of classical pool boiling and evaporation process equipment. Another possibility is creating mixtures of gases and liquids, combined with a heating of this haze. Both methods provide relatively limited performance. Due to the advantages of microstructure devices especially in chemical process engineering [1] the interest in microstructure evaporators and steam generators have been increased through the last decade. In this publication several microstructure devices used for evaporation and generation of steam as well as superheating will be described. Here, normally electrically powered devices containing micro channels as well as non-channel microstructures are used due to better controllability of the temperature level. Micro channel heat exchangers have been designed, manufactured and tested at the Institute for Micro Process Engineering of the Karlsruhe Institute of Technology for more than 15 years. Starting with the famous Karlsruhe Cube, a cross-flow micro channel heat exchanger of various dimensions, not only conventional heat transfer between liquids or gases have been theoretically and experimentally examined but also phase transition from liquids to gases (evaporation) and condensation of liquids. However, the results obtained with sealed microstructure devices have often been unsatisfying. Thus, to learn more onto the evaporation process itself, an electrically powered device for optical inspection of the microstructures and the processes inside has been designed and manufactured [2]. This was further optimized and improved for better controllability and reliable experiments [3]. Exchangeable metallic micro channel array foils as well as an optical inspection of the evaporation process by high-speed videography have been integrated into the experimental setup. Fundamental research onto the influences of the geometry and dimensions of the integrated micro channels, the inlet flow distribution system geometry as well as the surface quality and surface coatings of the micro channels have been performed. While evaporation of liquids in crossflow and counterflow or co-current flow micro channel devices is possible, it is, in many cases, not possible to obtain superheated steam due to certain boundary conditions [4]. In most cases, the residence time is not sufficiently long, or the evaporation process itself can not be stabilized and controlled precisely enough. Thus, a new design was proposed to obtain complete evaporation and steam superheating. This microstructure evaporator consists of a concentric arrangement of semi-circular walls or semi-elliptic walls providing at least two nozzles to release the generated steam. The complete arrangement forms a row of circular blanks. An example of such geometry is shown in Figure 8. A maximum power density of 1400 kW · m−2 has been transferred using similar systems, while liquid could be completely evaporated and the generated steam superheated. This is, compared to liquid heat exchanges, a small value, but it has to be taken in account that the specific heat capacity of vapor is considerably smaller than that of liquids. It could also be shown that the arrangement in circular blanks with semi-elliptic side walls acts as a kind of micro mixer for the remaining liquid and generated steam and, therefore, enhances the evaporation.