La déshydratation imprégnation par immersion (DII)

LA DESHYDRATATION IMPREGNATION PAR IMMERSION (DII) 

La déshydratation osmotique, ou déshydratation-imprégnation par immersion (DII), peut être classée parmi les méthodes nouvelles ou améliorées de traitement des produits alimentaires ou biologiques. Cette technique a été largement utilisé pour le traitement des fruits et légumes (Jiokap Non et al., 2002 ; Kaminska et al., 2008). La DII est un procédé de prétraitement des aliments (fruits et légumes) qui est basée sur la mise en contact de produits entiers ou découpés en morceaux avec des solutions fortement concentrées en sel ou sucre (Jiokap Non et al., 2001). Les gradients de concentration générés lors de la DII entraînent un double transfert de matière croisé : sortie de l’eau du produit vers la solution (déshydratation) et entrée de soluté de la solution vers l’aliment (imprégnation). Certaines substances solubles (acides, minéraux) sont entraînées avec l’eau vers la solution. Ces opérations d’élimination d’eau et d’imprégnation en soluté, opérant par effet de différence de concentration, ont été regroupés depuis les années soixante sous l’appellation générique de déshydratation osmotique (Ponting et al., 1966) et sont essentiellement appliquées à des tissus végétaux. La déshydratation est généralement attribuée aux phénomènes d’osmose qui se manifesteraient à travers les membranes cellulaires « semi perméables des tissus. La nature purement osmotique des phénomènes a cependant été remise en cause par différents travaux menés sur des gels (Raoult Walk et al., 1991), ou sur des tissus végétaux. Ces travaux ont montré que les transports de matière sont en réalité globalement contrôlés par des mécanismes diffusionnels croisés et interactifs accompagnés localement de phénomènes osmotiques. Cette description des mécanismes de transport a permis de regrouper les procédés basés sur une mise en contact de l’aliment avec des solutions concentrées sous le terme générique de « Déshydrataion- Imprégnation par Immerssion (DII) » proposé par Raoult – Walk et al. (1991a). L’intérêt de la DII dans la conservation des aliments est essentiellement liée aux caractéristiques nutritionnelles et organoleptiques satisfaisantes des produits obtenus (Ponting et al., 1966). Ces propriétés sont attribuées aux températures de traitement modérées, à un moindre entraînement des composés volatils, ainsi qu’à un effet souvent favorable du soluté introduit (Vial et al., 1990). La DII est maintenant considérée comme un outil valable dans le traitement minimal des aliments. Elle peut être appliqué comme procédé autonome ou comme un prétraitement au séchage afin de réduire la consommation d’énergie et améliorer la qualité des aliments (Sereno et al., 2001). Toutefois les produits traités par DII uniquement ne sont pas stables (aw > 0,8). Un traitement complémentaire est nécessaire pour assurer leur bonne conservation. On a alors le plus souvent recours à d’autres opérations complémentaires telles que le séchage, la congélation, la pasteurisation ou l’addition d’agent conservateur (Jiokap Non et al., 2001).

Cinétiques de la DII 

Les cinétiques de transfert de matière dans les produits végétaux et plus précisément dans les fruits peuvent se décomposer en deux phases :
• une première phase, responsable de l’essentiel des transferts d’eau et de solutés. La durée de la première phase est très variable suivant le produit traité, d’une demi heure à deux heures dans les conditions les plus courantes (morceaux de petites tailles, de l’ordre du cm3 ).
• une deuxième phase, pendant laquelle la perte en eau est fortement ralentit tandis que les débits d’entrée en solutés continuent d’augmenter régulièrement (Kowalsk et al., 2008). Il semble probable que les membranes cellulaires perdent alors leur caractère semi-perméables, permettant progressivement aux solutés de pénétrer dans les cellules (Raoult-Wack, 1994 ; Riva et al., 2005; Garcia-Segovia et al., 2010). Les deux paramètres qui peuvent quantitativement représenter le processus de déshydratation osmotique sont : la perte d’eau (PE), quantifiant l’eau qui sort du produit vers la solution, et le gain en solides (GS) de la solution vers le produit.

Facteurs influençant la DII 

Les transferts d’eau et de solutés dépendent d’une part des propriétés intrinsèques des tissus traités, et d’autre part des conditions opératoires de traitement : température, composition de la solution, température de traitement et mode de mise en contact des phases entre l’aliment solide et la solution liquide (Garcia-Segovia et al., 2010). L’importance de chacun de ces paramètres sera brièvement discutée dans ce qui suit. Toutefois, à l’échelle industrielle, il est nécessaire d’optimiser les conditions de traitement pour chaque produit.

Propriétés des tissus biologiques
La variabilité dans le comportement des produits traités par DII est due aux différentes propriétés tissulaires (Bohuon et Raoult-Walk, 2002) à savoir la capacité des tissus (Giangiacomo et al., 1987), à l’importance relative des espaces intra et extracellulaires (Hawkes et Flink, 1978), à la présence de gaz occlus (del Valle et al., 1998), à la porosité (Lazarides et al., 1996) et aux teneurs initiales en eau et en matière sèche des produits (Lenart, 1996). Nieto et al. (2004) ont montré que la porosité de l’aliment affecte sa texture et influence sa fermeté. En effet, les changements de porosité causés par le processus osmotique favorisent l’action des forces d’entraînement non-diffusionelles, tels que les gradients de pression. De plus, la plupart des produits traités par DII sont découpés en cubes ou en sphères, ce qui facilite largement le transfert de matière grâce à un contact direct entre les cellules et la solution (Kowalska et al., 2008).

Concentration et composition de la solution
La différence de concentration en soluté entre le produit à traiter et la solution est le moteur des transferts de matière en DII. Une augmentation de la différence initiale de concentration entre le produit et la solution augmente la perte en eau du produit au cours du traitement (Hawkes et Flink, 1978 ; Islam et Flink, 1982 ; Lenant et Flink, 1984). Néanmoins, il existe une concentration seuil (entre 50 et 70%), au-delà de laquelle une élévation de la concentration n’augmente que les pertes en eau et diminue les gains en solutés (Contreras et Smyrl, 1981 ; Raoult-Walk et al., 1991a, b). La composition des solutions mises en œuvre en DII est un facteur clé du procédé. Un compromis entre la composition et la viscosité de la solution doit être envisagé. Par ailleurs, ces solutions doivent être compatibles avec les caractéristiques physicochimiques (pH, structure, …), nutritionnelles et organoleptiques (texture, couleur, …) de l’aliment (Bohuon et Raoul-Walk, 2002).

Dans le cas des fruits, les solutions aqueuses binaires de saccharose (variant de 38 à 65°Brix) sont largement employées. L’usage des différents solutés en mélange permet de jouer sur la masse molaire des solutés, de tirer parti de l’effet respectif de chaque soluté, mais aussi de développer des interactions spécifiques susceptibles de procurer un degré de liberté supplémentaire pour la conduite du procédé, et permet aussi de combiner différentes propriétés spécifiques (nutritionnelles, organoleptiques, physico-chimiques) de ces solutés. Par exemple l’utilisation des sucres invertis permet de limiter les phénomènes de cristallisation en surface et de conférer au produit final un meilleur aspect.

Durée du traitement 

La durée du traitement est aussi un facteur clé dans la DII. Généralement, la perte en eau, la réduction de masse et le gain en solides augmentent avec le temps de traitement (Rastogi et Raghavarao, 2004 ; Kowalska et al., 2008). Marchal et al. (2005) ont rapporté que le rapport de la perte en eau (PE) sur le gain en solide (GS) (PE/GS) décroît au cours du temps de traitement. Mavroudis et al. (2004) ont attribué ce phénomène à la dégradation des cellules qui est corrélée positivement avec l’augmentation de la concentration en sucre dans le tissus et qui conduit à la perte de fonctionnalité de la membrane cellulaire et nuit par conséquent à la qualité du produit. La durée de l’opération de DII est très variable selon la nature du produit traité (végétal, animal), ses dimensions et les caractéristiques du produit fini. La durée de la première phase durant laquelle l’essentiel des transferts s’opèrent peut varier de 0,5h à 2h pour les produits végétaux et de 3h à 48h pour les produits carnés.

Température 

L’effet de la température en DII a été largement étudié pour une large gamme de températures variant de 5 à 85°C. Lerica et al. (1985) rapportent que le domaine de travail doit être adapté pour chaque famille de produit. Une température comprise entre 20 et 40°C est souvent considérée comme optimale sur le plan qualitatif (Lerici et al., 1977). Une augmentation de la température de traitement favorise plus le transfert d’eau que les transferts de solutés (Lazarides et Mavroudis, 1996). Pour chaque produit une température seuil existe au-delà de laquelle la qualité du produit est affectée. En effet, l’augmentation de la température peut provoquer une modification de la structure et de la texture du matériau, mais aussi le développement des réactions telles que le brunissement enzymatique et la dégradation de la couleur.

Table des matières

Introduction générale
I. Synthèse bibliographique
I.1. La déshydratation imprégnation par immersion (DII)
I.1.1. Cinétiques de la DII
I.1.2. Facteurs influençant la DII
I.1.3. Qualité des produits végétaux traités par DII
I.2. Le séchage convectif
I.2.1. Facteurs agissant sur le séchage convectif
I.2.2. Transferts de matière et de chaleur
I.2.3. Qualité des fruits séchés par voie convective
I.3. Stabilisation des fruits et des légumes par DII combinée au séchage convectif
I.4. Stabilité des produits alimentaires
I.5. Optimisation
I.5.1. Optimisation des procédés
I.5.2. Approches d’optimisation
I.5.3. Méthodes d’approximation par Surfaces de Réponse
II. Matériels et méthodes
II.1. Réalisation des expériences
II.1.1. Produits chimiques et standards
II.1.2. Préparation des échantillons
II.1.3. Isothermes de désorption
II.1.4. Température de transition vitreuse
II.1.5. Traitement mathématique
II.1.6. Déshydratation-Imprégnation par Immersion
II.1.7. Dispositif expérimental de mise en contact des phases
II.1.8. Séchage
II.2. Méthodes d’analyses
II.2.1. Mesure de la teneur en eau
II.2.1. pH
II.2.1. Couleur
II.2.2. Dosage des sucres par réfractométrie
II.2.3. Dosage des sucres par CLHP
II.2.4. Mesures du volume spécifique, du rétrécissement et de la porosité
II.2.5. Dosage des phénols totaux et de l’acide ascorbique
II.3. Optimisation multicritères
II.3.1. Méthodologie des surfaces de réponse
II.3.2. Optimisation en multicritères
III. Résultats
III.1. Article 1.
III.2. Article 2.
III.3. Article 3.
III.4. Article 4
III.5. Article 5
IV. Synthèse et discussion
IV.1. Objectifs
IV.2. Isothermes de désorption, Tg, diagrammes de phases des pommes, des poires et des abricots frais
IV.3. Effet de l’imprégnation en saccharose sur les isothermes de désorption et sur la température de transition vitreuse des pommes, des poires et des abricots
IV.4. Effet de la température de séchage convectif sur les cinétiques des attributs de qualité des morceaux de poires
IV.5. Effet de la DII sur les cinétiques des attributs de qualité des morceaux de poires
IV.6. Effet de la DII combinée au séchage convectif sur les cinétiques des attributs de qualité des morceaux de poires
IV.7. Optimisation en multicritères de la DII et du séchage convectif des poires
V. Conclusion

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