Transfert de matière lors de la DII

Détermination de l’activité de l’eau

La détermination de l’activité de l’eau (aw) a été effectuée sur le système jus de mûre–sable de Fontainebleau à l’aide d’un instrument de mesure du point de rosée (Aqualab, modèle CX-2, Decagon Devices, Inc., Pullman, Washington) à 25 ºC. Une vérification de la justesse de la mesure de l’instrument a été réalisée avant les analyses avec une solution aqueuse de chlorure de sodium saturée (aw = 0,747±0,003 à 25 ºC). Pour chaque produit, trois mesures ont été effectuées. Le coefficient de variation de la mesure a été estimé à 0,6 %.

Détermination de l’isotherme de sorption

Comme une alternative à la méthode isopiestique (Sablani et al., 2007) couramment utilisée, l’isotherme de sorption a été construite par ajout de quantités croissantes d’eau directement dans les échantillons pour empêcher tout développement microbien. Ces mélanges homogénéisés, ont été placés dans une enceinte sous vide pendant 48 h pour atteindre les conditions d’équilibre. Une fois l’équilibre atteint, la teneur en eau de l’échantillon a été mesurée par la méthode gravimétrique (cf. Section 3.1.4) et l’activité de l’eau a été mesurée à 25 ºC (cf. Section 3.2.5). Tous les échantillons (système jus de mûresable et papaye verte imprégnés de jus de mûre) ont été préparés trois fois. Les équations des courbes de sorption ont été établies en utilisant un logiciel d’ajustement de courbes (TableCurve® 2D, Jandel Scientific, CA).

Température

La température au coeur et à la surface des chips de papaye verte formulés par DII a été enregistrée à l’aide des thermocouples chemisés miniatures à gaine métallique semi-rigide type K de 0,25 mm d’épaisseur (Référence 406-477, TC Direct, Dardilly, France). Le thermocouple a été connecté à une centrale d’acquisition de données (Prova® 800, Prova Instruments Inc., Zhejiang, China) et la température a été enregistrée à 1 Hz.

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Table des matières

Table de Matières
Liste des Tableaux
Liste des Figures
Liste des Abréviations
Chapitre I : Introduction générale
Chapitre II : Matériels et Méthodes
1 Matériels
1.1 Matières premières et produits chimiques
1.2 Préparation du jus de mûre reconstitué
1.3 Préparation du système jus de mûre  sable de Fontainebleau
1.4 Préparation des échantillons à différentes activités de l’eau
2 Equipements et protocoles de traitement
2.1 Traitement thermique en réacteur fermé
2.1.1 Le réacteur fermé
2.1.2 Traitement thermique en cellule
2.2 Traitement de papaye verte par DII
2.2.1 Déshydratation-imprégnation par immersion (DII)
2.3 Friture de papaye verte formulée
2.4 Protocoles d’extraction
2.4.1 Protocole d’extraction des échantillons du jus de mûre reconstitué
2.4.2 Protocole d’extraction des échantillons du système jus de mûresable
2.4.3 Extraction des échantillons de papaye verte formulé par DII
2.4.4 Protocole d’extraction des échantillons frits
3 Méthodes de mesures
3.1 Analyses physico-chimiques
3.1.1 Dosage des anthocyanes par la méthode du différentiel du pH
3.1.2 Dosage des anthocyanes par CLHP
3.1.3 Détermination de l’indice de brunissement non enzymatique
3.1.4 Détermination de la teneur en eau
3.1.5 Identification du 5- hydroxyméthyl furfural par analyse GC-MS
3.1.6 Détermination de la capacité antioxydante par la méthode ORAC
3.1.7 Dosage des polyphénols totaux
3.2 Mesures thermophysiques
3.2.1 Détermination de la masse volumique
3.2.2 Détermination de la porosité
3.2.3 Détermination de la capacité thermique massique
3.2.4 Détermination de la conductivité thermique
3.2.5 Détermination de l’activité de l’eau
3.2.6 Détermination de l’isotherme de sorption
3.2.7 Température
4 Expressions et analyses des résultats
4.1 Transfert de matière lors de la DII
4.2 Analyse de la cinétique de dégradation des anthocyanes et du BNE
4.2.1 Les modèles cinétiques
4.2.2 Identification des paramètres cinétiques
5 Modélisation des réactions de dégradation couplée aux transferts
5.1 Cas des transferts d’énergie dans la cellule de réaction
5.1.1 Formulation du modèle
5.1.2 Résolution numérique
5.1.3 Estimation des paramètres du modèle de transfert de chaleur
5.1.4 Estimation des paramètres du modèle cinétique réactionnelle
5.1.5 Analyse statistique
5.2 Cas du traitement thermique de la papaye après DII
5.2.1 Construction d’un plan d’expériences pour la DII
5.2.2 Simulation de la dégradation des anthocyanes à haute température
5.3 Cas des transferts d’énergie et d’eau lors de la friture
5.3.1 Formulation du modèle
5.3.2 Le modèle de friture
5.3.3 Résolution numérique
Chapitre III : Résultats
6 Publication #1 : Cinétiques de dégradation des anthocyanes et brunissement non enzymatique dans un jus de mûre reconstitué traité à haute température (100–180 °C) 40
6.1 Introduction
6.2 Materials and methods
6.2.1 Blackberry juice
6.2.2 Preparing reconstituted blackberry juice
6.2.3 Heating device and conditions
6.2.4 Analytical methods
6.2.5 Repeatability of the heat treatment and subsequent physicochemical analyses
6.2.6 Kinetic model development
6.3 Results and discussion
6.3.1 Initial characteristics of reconstituted blackberry juice
6.3.2 Kinetic parameter estimation
6.3.3 Monomeric anthocyanin content
6.3.4 Non-enzymatic browning
6.3.5 Model applications
7 Publication #2 : Effet de l’activité d’eau dans les cinétiques de dégradation d’anthocyanes et brunissement à haute température (100–140 ºC)
7.1 Introduction
7.2 Materials and methods
7.2.1 Blackberry juice
7.2.2 Preparation of blackberry juice – quartz sand samples
7.2.3 Determination of the moisture sorption isotherm
7.2.4 Sample preparation at different water activities
7.2.5 Heating device and conditions
7.2.6 Blackberry juice–quartz sand sample extraction
7.2.7 Analytical methods
7.2.8 Kinetic model development
7.3 Results and discussion
7.3.1 Characteristics of the blackberry juice–quartz sand system
7.3.2 Kinetic parameter estimation
7.3.3 Anthocyanin degradation kinetics
7.3.4 Effect of water activity on anthocyanin degradation
7.3.5 Non-enzymatic browning kinetics
7.3.6 Effect of water activity on non-enzymatic browning
7.3.7 Hypothetical effect of water activity on the interaction between anthocyanin degradation and NEB kinetics at high temperature
7.4 Conclusions
7.5 Acknowledgments
8 Publication #3 : Modélisation d’un réacteur en 3D pour estimer les paramètres de la cinétique de dégradation des anthocyanes à différentes activités d’eau pendant le traitement thermique (25140 ºC)
8.1 Introduction
8.2 Materials and methods
8.2.1 Materials
8.2.2 Heating device and conditions
8.2.3 Analytical methods
8.2.4 Reactor model
8.3 Results and discussion
8.3.1 Characteristics of the blackberry juice–quartz sand system
8.3.2 Heat transfer phenomena inside the reactor
8.3.3 Estimates of kinetic parameters
8.4 Conclusions
8.5 Acknowledgments
9 Publication #4 : Couplage de la déshydratation-imprégnation par immersion et la stérilisation de papaye verte imprégnée d’une solution de jus de mûre
9.1 Introduction
9.2 Materials and methods
9.2.2 Sample preparation and osmotic dehydration
9.2.3 Extraction of phenolic compounds
9.2.4 Analytical methods
9.2.5 Expression of responses
9.2.6 Kinetics of mass transfer
9.2.7 Experimental design and statistical analysis
9.2.8 Numerical estimation of anthocyanin degradation during high-temperature treatment
9.3 Results and discussion
9.3.1 Kinetics of osmotic dehydration
9.3.2 Experimental design
9.3.3 Simulation of high-temperature treatment
9.4 Conclusions
9.5 Acknowledgments
10 Publication #5 : Impact des transferts d’énergie et matière sur la dégradation des anthocyanes au cours de la friture
10.1 Introduction
10.2 Materials and methods
10.2.1 Materials
10.2.2 Sample preparation and deep-fat frying
10.2.3 Analytical methods
10.2.4 Kinetics of deep-fat frying
10.2.5 Modeling of frying coupled with anthocyanin degradation kinetics
10.3 Results and discussion
10.3.1 Preliminary considerations
10.3.2 Model validation
10.3.3 Sensitivity analysis of the model
10.3.4 Understanding the anthocyanin degradation mechanisms during frying
10.3.5 Coupling analysis between osmotic dehydration and frying for green papaya – blackberry chips .
Chapitre IV: Résultats complémentaires et discussion générale
11 Construction d’une base de données expérimentales et étude cinétique de la dégradation des anthocyanes
11.1 Le réacteur fermé pour l’étude cinétique
11.2 Validation d’une méthode rapide et semi-automatisée du dosage des anthocyanes
11.3 Analyse des polyphénols totaux et de la capacité antioxydante
11.4 Choix du modèle cinétique
11.5 Identification des paramètres cinétiques
11.5.1 Milieu liquide
11.5.2 Milieu modèle bi-phasique
11.5.3 Intervalle de confiance des paramètres
12 Mécanismes de dégradation thermique des anthocyanes
12.1 Effet de la température
12.2 Effet de l’oxygène dissous
12.3 Effet de l’activité d’eau
12.4 Effet du sucre ajouté
13 Comment construire un procédé séquentiel de formulation suivi d’un traitement à haute température ?
13.1 La formulation d’anthocyanes par DII
13.2 La DII suivie d’une stérilisation
13.3 La DII suivie d’une friture
13.4 Pertinence de la démarche de modélisation
13.4.1 Les milieux modèles
13.4.2 Modèle cinétique de dégradation
13.4.3 Modèle de friture
Chapitre V : Conclusion générale et perspectives
Références bibliographiques