Production de confitures de fruits par déshydratation osmotique couplée au chauffage ohmique

Production of fruit jams by osmotic dehydratation coupled with the ohmic heating

• Auteur / Autrice : Hind Allali
• Direction : Eugène Vorobiev, Luc Marchal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés industriels et développement durable
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de masse

Chauffage ohmique

Osmose

Fruits -- Déshydratation

Confitures

Mots clés libres

Couplage

Blanchiment

Pilote

Résumé

Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre d'un projet, dont les objectifs sont à la fois scientifiques et technologiques. Il s'agit d'étudier, de mettre au point et de valider techniquement l'utilisation d'une méthode innovante de couplage de la déshydratation osmotique (DO) au chauffage ohmique (CO) pour l'obtention de confitures de fruits. L'objectif principal de ces travaux était d'étudier les deux procédés, CO et DO, afin de mieux maîtriser et d'optimiser leur couplage pour élaborer des confitures de fruits. La maîtrise de ce couplage nécessitait une étude paramétrique du procédé de CO (durée et température de traitement, rapport cyclique, fréquence, ratio solide /liquide, taille de particules) et la technologie de la DO (concentration de la solution osmotique, type de soluté(s), température). Les effets du traitement électrothermique (CO) ont été étudiés sur les modifications des morceaux de fruits et sur la cinétique de transfert de masse au cours de la DO. L'essentiel de l'étude expérimentale a été mené sur des pommes et des fraises. Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude paramétrique de la DO seule en fonction du °Brix de la solution osmotique (30, 50 et 70°B), de la température (26 et 37°C) et du temps d'immersion (0-4 heures). Ensuite, nous avons mis au point la technique de la combinaison de la DO au CO à l'échelle laboratoire en appliquant différents couples (temps / température) de chauffage et en utilisant une unité discontinue de CO. Nous avons aussi étudié l'utilité d'utiliser un blanchiment par CO au lieu du blanchiment conventionnel (par immersion). La cinétique de la DO a été décrite par la deuxième loi de Fick appliquée à la géométrie cubique ou sphérique des échantillons. Les résultats de nos travaux ont montré que le CO a un effet important sur le transfert de masse, sur les coefficients de diffusion efficace et sur la sélectivité des transferts. La mise en oeuvre du CO est améliorée par la réalisation d'une imprégnation sous vide avec acide citrique. L'ensemble de ces travaux a été conclu par des essais de validation des résultats de couplage obtenus à l'échelle laboratoire sur une unité pilote de chauffage (de 50kW permettant de travailler en débit continu) et sur une cuve de DO (200 L). Cette technique innovante présente clairement, après caractérisation et dégustation, des avantages pour obtenir une confiture originale (morceaux de fruits intègres, préservation de la couleur du fruit frais). Des aspects d'ingénierie seront abordés pour l'amélioration de la conception de la cuve destinée à la DO ainsi que les sections de chauffage et de refroidissement de l'unité pilote.

The aim of this thesis was to study, develop and validate technically the use of an innovative method of osmotic dehydration (OD) coupled with ohmic heating (OH) for producing fruit jams. The principal goal of this work was to study two processes, OH and OD for better control and optimization of their coupling for producing the fruit jams. The control of OD-OH coupling requires a parametric study of the OH process (time and temperature of treatment, frequency and time period, solid/liquid ratio and particles size) and of the OD technology (concentration of the osmotic solution, type of aqueous solution, temperature of the osmotic solution). The effects of the thermoelectric treatment (OH) on the modifications of the fruits pieces and on the mass transfer kinetics during OD were studied. The main experimental study was carried out on apples and strawberries. Initially, we studied the process of OD for the fruits without OH treatment. The effect of the following parameters was determined: Brix of the osmotic solution (30, 50 and 70°B), the temperature (26 and 37 °C) and the time of immersion (0-4 hours). Then combined technique of OD coupled with OH was applied at laboratory scale by using various couples (time/temperature) and by using a discontinuous unit of OH. We have also studied the utility to use a blanching by OH at the place of conventional one (by immersion). The kinetic of OD was described by the second law of Fick applied to the cubic or spherical geometry of the samples. Results of our work showed that OH has an important effect on the mass transfer, on the effective diffusion rates and on the transfer selectivity. The application of OH is improved by the realization of a vacuum impregnation with citric acid. This work was concluded by validating results of OH-DO coupling, obtained at laboratory scale on a pilot unit of heating (of 50 kW allowing to work continuously) followed by a tank of osmotic dehydration (200 L). This innovative technique presents, after characterization and tasting of final product, clearly advantages to obtain an original jam (integrity of pieces of fruits, safeguarding the colour quality like fresh fruit). Followed this thesis work, aspects of engineering will be approached in order to improve the design of the tank required for osmotic dehydration as well as the sections of heating and cooling of the pilot unit.