Amélioration de la déshydratation osmotique des produits végétaux par champ électrique pulsé

Improvement of the osmotic dehydration of the vegetables products by pulsed electric field

• Auteur / Autrice : Ezzedinne Amami
• Direction : Eugène Vorobiev, Nabil Kechaou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés industriels
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Compiègne en cotutelle avec Ecole Nationale d'Ingénieurs de Sfax en Tunisie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carottes

Plantes -- Séchage

Centrifugation

Sels

Champs électriques

Électroporation

Plantes -- Potentiel osmotique

Déshydratation

Mots clés libres

Champ électrique pulsé

Perte en eau

Gain en solide

Résumé

Ce travail de thèse traite du développement d'un procédé de déshydratation osmotique (DO) des produits végétaux, couplé à un champ électrique pulsé (CEP). Il vise à augmenter la perte en eau en minimisant le gain en solide. Pour ceci nous avons étudié les effets des paramètres du CEP (intensité et nombre d'impulsions), de la concentration de la solution osmotique, du type de soluté(s), de leur mélange, de la température de la solution osmotique et d'un champ centrifuge sur la cinétique de DO, de réhydratation et de séchage convectif L'essentiel de l'étude expérimentale de ce procédé a été mené sur des pommes et des carottes sous forme de disques traités par CEP de différentes intensités (0,10-1,10 kV/cm) et différents nombres d'impulsions (l00-1000) d'une durée de 100 μs. La DO a été réalisée à température variable (20-40°C), sous agitation magnétique (250 tr/min) et en présence d'accélération centrifuge variable (0-5430 x g). Après la mise en place d'une méthodologie expérimentale, nous avons montré que le CEP augmente la perte en eau (WL) et le gain en solide (SG) pendant la DO (sous agitation ou centrifugation). La combinaison de CEP avec du sel augmente davantage la WL, le SG et la capacité de réhydratation du tissu de carotte, mais diminue légèrement la fermeté du produit réhydraté. L'application du champ centrifuge pendant la DO augmente la WL tout en abaissant le SG, la capacité de réhydratation et la fermeté du tissu réhydraté. Si le but de la DO est également le gain en solide, la DO statique est particulièrement plus intéressante que la DO centrifuge. Par une augmentation modérée de la température de la solution osmotique (de 20 à 40°C), la durée de la DO centrifuge a été divisée par deux (de 120 à 60 minutes). On atteint ainsi une WL de 70% avec une consommation d'énergie électrique de 19 kJ/kg pour les carottes. Par ailleurs, la combinaison du CEP avec le champ centrifuge, le sel et le chauffage modéré a permis de réduire d'un facteur 2 le temps de DO. La cinétique de DO a été décrite par un modèle à deux exponentielles mettant en évidence deux étapes du transfert : un lessivage rapide, ne pouvant pas être pris en compte par la loi de Fick, et une diffusion lente. Une DO centrifuge avant un séchage convectif du tissu de carotte a eu comme conséquence une réduction importante du temps de séchage et une augmentation de la diffusivité effective de l'eau.

The work presented in this thesis deals with the development of the osmotic dehydration (OD) process of vegetable products coupled to a pulsed electric field (PEF). It aims at increasing the water loss by minimizing the solid gain. The effect of PEF parameters (intensity and number of pulses), osmotic solution concentration, type of solute or mixtures, osmotic solution temperature and centrifugal field on the kinetics of OD, rehydration and convective drying, has been studied. The main experimental work was carried out with samples of apple and carrot, in form of disk, treated by PEF of different intensities (0. 10-1. 1 0 kV/cm) and different numbers of pulses (100-1000) of 100 μs. OD was carried out at various temperatures (20-40°C), under agitation (250 rpm) or various centrifugal accelerations (0-5430 x g). After the development of an experimental methodology, we observed that the application of PEF enhances both water loss (WL) and solid gain (SG) during OD (under stirring or centrifugation). The combination of PEF with salt enhances additionally the both WL, SG and the rehydration capacity of carrot tissue, but somewhat decreases the firmness of rehydrated product. The application of centrifugal force in combination with PEF and salt addition enhances significantly the WL during OD of carrots, but decreases SG, rehydration capacity and firmness of rehydrated tissue. If the goal of OD is also the gain of solids, the static OD may be better appropriated than the centrifugal OD, which is especially interesting in the case of desirable limitation of solid uptake. By an increase in mild temperatures of the osmotic solution (20 to 40°C), the centrifugal OD duration was reduced in two times (from 120 to 60 minutes). Thus a WL of 70% reached under an electrical energy consumption of 19 kJ/kg for carrots. The combination of the PEF with centrifugal force, salt and moderate heating is desirable when the maximal dehydration of product should be attained. The OD kinetics was described by a two-exponential model involving Iwo simultaneous processes : rapid convection, which cannot be taken into account by Fick's law, and diffusion. Centrifugal osmotic dehydration before the air drying of carrot tissue resulted in a spectacular reduction of drying time and an increase of effective water diffusivity.