Couplage des procédés membranaires pour la clarification et la concentration du jus de pommes de cajou : performances et impacts sur la qualité des produits

Coupling of membrane processes for the clarification and concentration of cashew apple juice : performances and impacts on the quality of products

• Auteur / Autrice : Doudjo Soro
• Direction : Manuel Dornier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 17/12/2012
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences des Procédés – Sciences des Aliments (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Qualisud (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Christelle Wisniewsky
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Pierre Belleville, Nogbou Emmanuel Assidjo, Dominique Pallet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Laure Lameloise, Martine Mietton-Peuchot

Mots clés

Mots clés libres

Clarification

Anacardium occidentale

Colmatage

Concentration

Microfiltration

Osmose inverse

Clarification

Anacardium occidentale

Fouling

Concentration

Microfiltration

Osmose inverse

Résumé

La pomme de cajou est une matière première qui n'est pas exploitée en Côte d'Ivoire alors qu'elle présente un potentiel nutritionnel important. Dans ce contexte, l'étude réalisée s'intéresse à la valorisation des pommes de cajou en jus de fruit. En partant du jus brut de pommes de cajou, il s'agit d'étudier un procédé qui couple plusieurs techniques membranaires pour la production de jus clarifiés et concentrés. Les températures modérées de traitement doivent permettre une meilleure préservation du potentiel vitaminique et sensoriel de la matière première. Les deux variétés de pommes de cajou étudiées sont riches en acide ascorbique (1,2 g.kg-1) et en composés phénoliques (2,9 g.kg-1). Avec un rendement optimal de 82%, l'extraction du jus par pression ne génère pas de dégradation significative des composés d'intérêt. Toutefois, certains d'entre eux se répartissent différemment dans le jus et les tourteaux de presse. Parmi les 50 composés d'arôme identifiés dans le jus de fruit, les esters sont quantitativement les plus abondants. Le traitement du jus de pomme de cajou par microfiltration tangentielle sur membranes tubulaires minérales (0,2 µm, 35 °C) permet de clarifier le produit sans altérer sa teneur en acide ascorbique. La forte rétention des composés phénoliques en diminue l'astringence. Le prétraitement par liquéfaction enzymatique modifie les caractéristiques du jus et permet d'améliorer les performances de la filtration. Certaines des préparations enzymatiques testées présentent un effet synergique sur les densités de flux de perméat (Jp). Lors de la validation du procédé à l'échelle semi-industrielle, des Jp voisines de 70 L.h-1.m-2 ont été obtenues à FRV 8. Les performances sont toutefois très variables d'un jus à l'autre et ne sont pas liées aux caractéristiques des jus mesurées. Les tests classiques de filtrabilité (résistance spécifique en filtration frontale et temps de succion capillaire) ne permettent pas non plus de prévoir le pouvoir colmatant des jus en microfiltration tangentielle. Une meilleure compréhension des phénomènes qui régissent le colmatage membranaire est indispensable pour développer un outil prévisionnel à ce niveau. La nanofiltration tangentielle et l'osmose inverse ont été ensuite utilisées pour pré-concentrer 2,5 à 3 fois le jus clarifié. L'osmose inverse présente l'avantage de retenir totalement les principaux solutés pour une consommation énergétique comparable à celle de la nanofiltration. Enfin, l'évaporation osmotique a permis de concentrer le jus clarifié environ 6 fois sans en altérer la couleur et en préservant plus de 90 % de l'acide ascorbique. Comparé à des concentrés de référence traités par évaporation sous-vide, le concentré obtenu présente un profil aromatique moins altéré. Au final, l'intérêt du procédé proposé est donc vérifié en terme de qualité nutritionnelle et organoleptique. En vue d'une application industrielle, son évaluation économique reste toutefois indispensable

The cashew apple is a raw material which is not exploited in Côte d'Ivoire though it has an important nutritional potential. In this context, the study dealt with the processing of the cashew apple in fruit juice. Starting from the raw juice of cashew apples, a new process that coupled several membrane technologies was proposed for the production of clarified and concentrated juice. Moderate temperatures of treatment should allow a better preservation of the vitamins and sensory potential of the raw material. Both varieties of cashew apples studied were rich in ascorbic acid (1.2 g.kg-1) and phenolic compounds (2.9 g.kg-1). With an 82 percent optimum yield, juice extraction by pressure did not generate significant degradation of the compounds of interest. However, some of them are distributed differently in the juice and the press cake. Among the 50 aroma compounds identified in the fruit juice, the esters were the most abundant. Treatment of cashew apple juice by cross-flow microfiltration on inorganic tubular membranes (0.2 µm, 35 °C), clarified the product without altering its ascorbic acid content. The high retention of phenolic compounds decreased astringency. Pretreatment with enzymatic liquefaction of juice improved the performance of the filtration. Some of the enzyme preparations tested exhibited a synergistic effect on the permeate flux (Jp). During the validation of the process at semi-industrial scale, Jp of 70 Lh-1.m-2 was obtained using a volumetric reduction ratio of 8. However, performances were highly variable from one juice to another and were not related to the measured characteristics of juice. Classical tests of filterability (specific resistance in dead-end filtration and capillary suction time) did not predict the fouling properties of juices in cross-flow microfiltration. A better understanding of the fouling phenomena is absolutely necessary to develop new predictive tests filtrability. Nanofiltration and reverse osmosis were then used to pre-concentrate 2.5 to 3 times the clarified juice. Reverse osmosis allowed to retain entirely the major solutes with an energy consumption very close to nanofiltration. Finally, the clarified juice was concentrated 6 times using osmotic evaporation without altering the color and preserving more than 90% of ascorbic acid. Compared to standard concentrates treated by vacuum evaporation, the concentrate obtained has a less altered flavor profile. The interest of the suggested process was verified in terms of nutritional and sensorial quality. Its economic assessment remains essential for industrial application.