Influence de la perméabilisation membranaire par champ électrique sur la performance de séchage des végétaux

par Mykola Shynkaryk

Thèse de doctorat en Procédés de Transformation de la Matière et de l'Energie

Sous la direction de Eugène Vorobiev et de Nikolai I. Lebovka.

Soutenue en 2007

à Compiègne en cotutelle avec l'Institut de Chimie Biocolloïdale de Kiev .


  • Résumé

    Ce travail vise à étudier les effets de prétraitements par champ électrique pulsé (CEP) ou par chauffage ohmique (CO) sur le séchage convectif d'un tissu végétal. La première partie est consacrée aux effets d'un traitement thermique à 40-70°C ou d'un CEP avec Ed100V/cm sur la dénaturation d'un tissu de betterave à sucre. Des indices de dénaturation Z thermique et électrique ont été obtenus suite à des mesures de conductivité électrique des échantillons recueillis. Il est démontré que le temps d'une semi-dénaturation électrique (TE) et thermique (TT) du tissu diminue avec l'augmentation de la température conformément à la loi d'Arrhenius. On a mis en évidence que l'effet de dénaturation lors d'un CO est essentiellement provoqué par une électroporation des membranes cellulaires. L'électroporation des cellules du tissu s'observe même à très faible intensité de champ électrique E=20 V/cm lorsque le traitement est assez long (1h, T<30°C). La consommation d'énergie diminue avec l'augmentation de l'intensité de champ électrique E. On a montré que l'électroporation des échantillons de betterave à sucre, lors d'un CO dans un milieu aqueux, dépend de l'orientation de ces dernières par rapport au champ électrique appliqué. La seconde partie est dédiée aux effets du CEP et du CO sur le séchage convectif des tissus végétaux. Les essais de séchage ont été effectués sur des disques de pomme de terre et de betterave rouge à une vitesse d'air 2 m. S-1 entre 30 et 100°C. Il a été démontré que plus le tissu est perméabilisé électriquement, plus le séchage est rapide. Les prétraitements par CEP et par CO permettent de réduire le temps du séchage de 20-50% ou bien de réduire la température de séchage d'environ 20-30°C. Les expérimentations montrent que la dénaturation de tissu de pomme de terre à 70°C pendant 1h n'améliore pas le coefficient de diffusion effective Deff pendante le séchage. Par contre, un préchauffage doux (50°C, 4h) se révèle plus efficace. Il permet d'approcher la valeur de Deff obtenue avec CEP ou CO. Les tissus séchés sont plus compacts après les prétraitements par CEP et par CO, ceci est assorti d'un temps de réhydratation plus long. Toutefois le comportement rhéologique des tissus réhydratés après un séchage avec ou sans prétraitement électrique reste identique. Enfin, il apparaît que si le séchage (à température modérée) est effectué après un prétraitement électrique, les colorants de betterave rouge sont mieux préservés.

  • Titre traduit

    Influence of membrane permeabilisation by electric field on the drying performance of vegetal tissues


  • Résumé

    This work aims at investigating the effects of pulsed electric field (PEF) and ohmic heating (OH) pretreatment on the convective drying of a vegetal tissue. The first part deals with the effects of a thermal or moderate electric field treatments (Ed100V/cm) on the damages of sugarbeet tissues. The thermal treatment was performed within T=40–70°C. The degree of material damage Z under the PEF or OH was characterized by the electrical conductivity disintegration index Z. The Arrhenius form of the relationship : characteristic damage time – temperature, was observed both for the electrical and thermal processes. The electroporation phenomena is assumed to be the main reason of the material disintegration. The results showed that the electrically stimulated damage of a sugarbeet tissue occurs even below E = 20V/cm if treatment is long enough (1h, T<30°C). The energy consumption decreases with the increase of electric field strength E. Some OH experiments in aqueous media reveal the importance of the sample orientation with the external electric field regarding the damage efficiency. The second part of this work is devoted to the influence of the PEF or OH pretreatments on the convective drying of a vegetal tissue. Drying experiments for potato and beetroot disks were performed with an air velocity of 2 m. S-1 and a temperature of 30-100 °C. The drying rate was found to be maximal for highly disintegrated tissues. PEF and OH pre-treatments allowed to reduce the drying time by 20-50 % or to reduce the drying temperature of 20-30°C. The data show that a thermal pre-treatment of potatoes samples at high temperatures (T=70°C, 1h) does not improve the drying rate. A soft pre-heating (T=50°C, 4h) is more efficient and allows to reach diffusion coefficients Deff similar to that obtained with PEF or OH pretreatments. Such pre-treatments results in a higher tissue shrinkage and thus an increase of rehydration time. However, the textural properties of rehydrated samples with and without any pre-treatment look quite similar. Eventually, it was also demonstrated that if the drying (at moderate temperature) is carried out after a PEF, the colorants of red beetroot are much more preserved.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (207 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 184 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007 SHY 1676
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