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Iles de Kerkennah – Sfax (Tunisie) 25-28 Mars 2013 226

EFFET DU SECHAGE SOLAIRE SUR LA COMPOSITION DES SUCRES ET DES PHENOLS DES DATTES VARIETE DEGLET NOUR

RIDHA FETHI MECHLOUCHa, KHALED TAHAR KURRMAGIb, BELGACEM MAHDHAOUI a, AMMAR MAHJOUBIa AMMAR BEN BRAHIM a

a Unité de recherche : Thermodynamique Appliquée, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Gabès, Université de Gabès, Tunisia.

b Faculté des Ingénieurs Ezzawiya Lybia.

Résumé : Le présent travail a porté sur l’étude du séchage de dattes variété Deglet Nour du sud tunisien « Gabès » par un séchoir solaire direct (SSD) et à l’air libre (SAL). L’effet du séchage par les deux procédés sur la composition des sucres et des phénols a été étudié dans le but de déterminer la méthode la plus efficace de conservation des dattes. Les résultats montrent un temps de séchage plus court pour l’utilisation d’un Séchoir Solaire Direct. La teneur en saccharose augmente pour les dattes séchées par le séchoir solaire direct et diminue pour celles séchées au soleil à l’air libre. La teneur en phénol présente une augmentation importante au cours du séchage avec le séchoir, alors une faible variation est enregistrée lors du séchage à l’air libre. Mot clés: Deglet Nour, séchoir solaire, air libre, sucre, phénol. Abstract: The aim of the present work is to study drying date variety Deglet Nour by direct solar dryer (DSD) and open-air sun drying (OASD). The effect of both methods of drying on the total phenolics and sugar content was studied. It was found that the drying of date by direct solar dryer (DSD) is much faster than that by open-air sun drying (OASD). Ours results indicate that total sugar content increase with direct solar drying and decrease with open air sun drying, compared to fresh date. Total phenolic content increase with tow drying methods but the highest value was seen in sample dried by direct solar dryer. Key words: Deglet Nour, solar dryer, open air drying, sugar, phenol.

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INTRODUCTION La plupart des fruits sont récoltés avec une humidité très élevée. Ils sont périssables et sujets à des contaminations diverses (moisissures, microbes). Donc, le séchage permet d’allonger la durabilité des produits, de diminuer les pertes et d’ajouter de la valeur à leur produit (Ouaouich et al., 2005). Ce procédé consiste à réduire l’humidité jusqu’à un niveau favorisant le prolongement de la conservation et empêchant la dégradation du fruit (Okos et al., 1992). Le séchage des produit agricoles représente donc une réponse valide au problème de la production saisonnières qui créent des succès dans certaines périodes de l’année et des carences dans des autres (Piccarlo, 1983). Le séchage naturel ou séchage traditionnel consiste à exposer le produit au rayonnement direct du soleil (Ouaouich et al. 2005). Néanmoins, le séchage direct (à l’air libre ) présente



des inconvénients du fait que le produit obtenu est de qualité médiocre , et généralement contaminé par des poussières et insectes (Ferradji et malek, 2001). Le séchoir solaire réduit au minimum presque tous les problèmes auquel nous ferons face pendant le séchage naturel au soleil, et améliore ainsi la qualité du produit séché (Murthy et al., 2008). Dans ce travail nous étudions l’influence de deux procédés de séchage solaire (par séchoir solaire direct et par exposition à l’air libre) sur la composition chimique des dattes variété Deglet Nour. Dans cette analyse nous avons quantifié la qualité des dattes séchées en termes de la composition des sucres et des phénols. 2. Matériels et méthodes La cinétique de perte de masse de la variété Deglet Nour a été déterminée pour deux procédés : le séchage direct (séchage au séchoir) et à l’air libre. Les échantillons séchés ont été ensuite analysés afin de ressortir l’influence du séchage sur la composition physico-chimique de la variété Deglet Nour les paramètres étudiés sont : les sucres et les composé phénoliques.

• Choix de fruit La datte étudiée, la variété Deglet-Nour de la région Gbelly, et récoltée au mois de novembre 2008. Sa pleine maturité s'est déroulée au mois d'Octobre-novembre. Le choix de cette variété se justifie par son abondance au niveau du marché national et sa qualité gustative appréciée par le consommateur.

• Choix de méthodes de séchage

On a utilisé deux méthodes pour sécher la datte : Séchage par séchoir solaire direct (Fig 1) et séchage solaire à l'air libre (Fig 2).

Fig. 1 : Séchage par séchoir Fig. 2 : Séchage à l'air libre

• Méthodes d’analyses physicochimiques Détermination du taux d'humidité La teneur en eau, ou l'humidité, d'un aliment est la quantité d'eau perdue par la substance lorsqu'on l'amène en équilibre vrai avec une pression de vapeur nulle (Humidité relative égale à 0%). La teneur en eau d'un échantillon s'exprime en pourcentage de la masse d'eau rapportée, soit à la masse de matière sèche contenue dans l'échantillon soit à la masse totale de la matière humide de l'échantillon. Dans notre cas on utilise l’humidité à base humide qui est déterminée par la formule suivante :

Humidité (%) = ((MF-MS) / MF)*100

Avec MF : matière fraîche ; MS : matière sèche



Quantification des sucres totaux de la datte par HPLC La chromatographie liquide à haute performance (HPLC), constitue une technique analytique très employée. Elle correspond à une évolution de la chromatographie préparatoire sur colonne dont les performances, en termes de sélectivité et résolution [Fulki et al, 1994], se sont trouvées grandement améliorées par la miniaturisation et l’utilisation de phases stationnaires très élaborées. Pour pouvoir passer les échantillons dans le système HPLC, on centrifuge les filtrats (jus déjà filtré (5g de datte + 25ml d’eau ultra pure)) à 4C°, pendant 20 minutes à 9000 rpm, puis, on récupère le surnageant. Le volume à analyser est filtré par un micro filtre de 0,45µm .Un volume de 20µl du surnageant est injecté dans le système HPLC. La séparation des composés a été réalisée sur une colonne NH2 Eurospher 100. L’échantillon traverse une colonne remplie d’une phase stationnaire, entraîné par un solvant vecteur (Eau 20%-Acétonitrile 80%) pendant 30 minutes avec un débit de 1ml/min. Les principes actifs de l’échantillon migrent de façon différentielle en fonction de leur hydrophobicité. L’analyse a été faite en gradient isocratique .En sortie de colonne, chaque principe est quantifié par un détecteur. Sur le chromatogramme, le principe actif est représenté sous forme d’une courbe. La quantification des composées a été faite par des comparaisons avec les pics standards (glucose, fructose et saccharose (2%)). Les surfaces des pics ont été déterminées par le logiciel Eurochrome2000. Les résultats sont exprimés en g par rapport à la matière fraîche (MF) ou à la matière sèche. Les concentrations sont calculées par la formule suivante :

Céch (g/l) = Céta* (A éch / Aéta) C éch : concentration de la solution de l’échantillon. C éta : concentration de la solution étalon. A éch : Aire du pic de la solution de l’échantillon. A éta : Aire du pic de la solution étalon. V : Prise d’essai en grammes. M : Volume dans lequel est diluée la prise d’essai, en ml. Quantification des phénols Le dosage des polyphénoles a été effectué suivant la méthode décrite par Hakkinen et al. (1998a ; 1999b). Une détermination globale, par spectrophotomètre, est effectuée avec le réactif Folin-Ciocalteu. Un échantillon de 3.3 g de datte est broyé dans un mortier, ajouté à 11 ml d’éthanol, puis filtrée, à l’aide d’un papier filtre, versé dans un tube conique numéroté. La méthode consiste à prendre un volume de 10 µl des ces l’extraits filtrés (échantillons) avec 790 µl d’eau distillée et 150 µl de bicarbonate (Na2CO3) à 5% et enfin, 50 µl de réactif Folin-ciocalteu versé aussi dans le tube. Ensuite, les tubes sont incubés pendant 120 minutes à l’obscurité. Pour la mesure au spectrophotomètre, un blanc est préparé avec 50 µl de réactif Folin-ciocalteu et 150 µl de bicarbonate (Na2 CO3). La lecture se fait par spectrophotométrie à 765 nm. La lecture de l’absorbance est effectuée à 760 nm et la quantité en polyphénols totaux est estimée à partir d’une courbe d’étalonnage d’acide gallique (concentration allant de 50 mg/l à 500 mg/l). Le contenu phénolique est exprimé en mg d’équivalent d’acide gallique par gramme de matière sèche (mg EAG/g MS). 3. Résultats et discussions Les variations de l’humidité relative de la variété Deglet Nour pour les deux méthodes de séchage sont illustrées par la figure 3. A partir de cette figure on peut remarquer l’efficacité du séchoir solaire par rapport au séchage à l’air libre, ce qui nous permet une réduction



importante du temps de séchage. En effet une humidité de l’ordre de 8% est atteinte par utilisation du séchoir solaire direct après deux jours de séchage alors qu’elle n’est atteinte qu’après 7 jours de séchage à l’air

Fig. 3 : Variation de l’humidité relative au cours du séchage

La figure 4 montre que la teneur en sucres réducteurs augmente avec les deux méthodes de séchage. L’utilisation du séchoir direct enregistre des teneurs en sucre réducteur les plus élevées avec un maximum de 31,10 mg/100gMS alors que la méthode de séchage à l’air libre permet d’enregistrer des teneurs plus faibles de l’ordre de 16,64 mg/100gMS. On peut remarquer une augmentation de 279% en sucre réducteur pour le séchage avec un séchoir direct et une augmentation de 149 % pour le séchage à l’air libre après une journée de séchage.

Fig. 4 : Teneur en sucre réducteur aux cours du séchage La figure 5 montre que les taux de saccharose sont variables au cours de deux procédés séchage. On remarque une diminution du taux du saccarose lors du séchage à l’air libre qui atteint 270%. Par contre une augmentation de 147% du taux de saccarose peut être enregistrée

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

0j 1j 2j 4j 7j

Hum

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ide

(%)

Temps(jours)

Humidité (SSD)(%)

Humidité (SAL)(%)

11,16

16,6412,17

16,36

11,29

31,10

21,8424,90

14,88

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 4 7

Suc

res

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rs (%

)

Jours

Air libre Séchoir



après 7 jours de séchage par un séchoir direct avec une perturbation du taux au cours du séchage.

Fig. 5 : Teneur en sucre non réducteur (saccharose) aux cours du séchage La Figure 6 illustre l'évolution des composés phénoliques en fonction de deux méthodes de séchage. On peut remarquer une légère augmentation de la teneur en composés phénoliques au cours du séchage solaire à l’air libre, qui passe de 2.29g/mL pour la datte freshe à 5.43g/mL au deuxième jours de séchage puis elle retombe au voisinage de 4 g/mL au 3 derniers jours de séchage. L’utilisation du séchoir direct engendre une augmentation de la teneur des composés phénoliques avec un maximum de 8.86 g/mL enregistré le septième jour du séchage.

Fig. 6 : Composés phénoliques de datte au cours de séchage Les fruits séchés concentrent la matière sèche et les principaux constituants des fruits qui sont présents à des taux élevés. Ainsi, les fruits séchés sont 3 à 4 fois plus riches en glucides

30,67

16,64 12,17 16,3711,3011,75

28,17

45,19

05

101520253035404550

0 1 2 4 7

Sac

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ose

(%)

Jours

Air libre Séchoir

0123456789

10

0 1 2 4 7

[Pol

yphé

nole

s] g

/ml

Jours

Séchoir Air libre



(sucres) que les fruits frais. La fraction glucidique des dattes séchés (variété Deglet-Nour) est essentiellement formée par le saccharose quelque soit la méthode de séchage utilisée. Les résultats obtenus montrent que le séchage peut être utilisé non seulement comme une méthode efficace de conservation de dattes mais aussi comme un procédé d’amélioration de la qualité du produit. Du point de vue chimique, les dattes séchées obtenues sont semblables à celles obtenues par Hamdi, S et al (1991) par un séchage conventionnel et un séchage solaire direct. Ces résultats confirment ceux des travaux antérieurs Belhamidie, (1993) sur les possibilités qu’offre le séchage dans la conservation des fruits et particulièrement la datte. Toutefois des problèmes de qualité existent. Le brunissement pendant le séchage constitue une perte économique pour le producteur [Yahiaoui K, 1999]. Le séchage à l’air libre donne des produits qui se rapprochent du point de vue physico-chimique de ceux obtenus par séchage direct. Néanmoins, le temps de séchage est plus long. 4. CONCLUSION Notre étude a porté sur l’étude de l’influence de deux procédés solaires de séchage : utilisation d’un séchoir solaire direct (SSD) et séchage à l’air libre (SAL) sur la teneur en sucre et en phénol des dattes, variété Deglet Nour cultivées dans les oasis du sud tunisien « Gabès » dans le but déterminer la méthode la plus efficace de conservation. D’une manière générale, la datte sèche plus vite dans un séchoir solaire qu’à l’air libre. Les résultats obtenus montrent que la teneur en saccharose augmente pour les dattes séchées par le séchoir solaire direct et diminue pour celles séchées au soleil à l’air libre. Nous avons montrés aussi que la teneur en phénol des dattes présente une augmentation importante au cours du séchage avec le séchoir, et une faible variation lors du séchage à l’air libre. Ces résultats pourront être des outils pour les industriels pour prendre certaines mesures lors du traitement des dattes dans les chaînes de conditionnement et sur les lieux de stockage. Bibliographie AOAC., 1990. Official Methods of the Association of Analytical Chemists, 15th eds, Arlington, Virginia. USA. Belhamidi E., Belghith A., Mrani A., Mir A. et Kaou a M. (1993) cité in Kechaou N., Bagane M., Kaalej M. et Kapseu C. (1996). Approche empirique de la cinétique du séchage des dattes. Science des aliments, 1996, vol. 16, pp 593- 606. Ferradji, A., Malek, A., Bedoud, M., Baziz, R., Aoua, S.A., 2001 Séchoir solaire à convection force pour le séchage des fruits en Algérie. Ren Energ ; 4. 49-59. Fulki, T., Pelayo, E. et Palabay R. B. 1994. Sugar composition of varietals juices produces from fresh and stored apples. J. Agric. Food chem., 42:1266. Ghazi F et Sahraoui S., 2005. Evolution des composés phénoliques et des caroténoïdes totaux au cours de la maturation de deux variétés de datte communes Tantboucht et Hamraia, mémoire d'ingéniorat en agronomie, El Harrach Guinebaulta, Varagnate et Chabrol D. (1986). Le point sur le séchage solaire des produits alimentaires GRES / GRET. Dossier N° 08. Ed. TRADY QUERY. Tfance. 215 p.



Häkkinen S.H., Heinonen I.M., Kärenlampi S.O., Mykkänen H.M., Ruuskanen J. & Törrönen A. R., 1999a. Screening of selected flavonoids and phenolic acids in 19 berries. Food research International, 32: 345-353. Häkkinen S.H., Kärenlampi S.O., Heinonen I.M., Mykkänen H.M. & Törrönen, A.R., 1999b. Content of the flavonols quecetin, myricetin, and kaempferol, in 25 edible berries. Journal of Agricultural Food Chemistry, 47: 2274-2279. Häkkinen S.H., Kärenlampi S.O., Heinonen I.M., Mykkänen H.M. & Törrönen A.R., 1998. HPLC method for screening of flavonoides and phenolic acids in berries. Journal of Agricultural Food Chemistry, 77: 543-551. Kechaou N., Bagane M., Maalej M. et Kapseu C. (1996). Approche empirique de la cinétique de séchage des dattes. Sciences des aliments, 1996, n°16, pp 593-605. Leraillez PP. (1952). La conservation industrielle des fruits. Edition nouvelle bibliothèque professionnelle, 343 p. Multon J.L. (1979). Conservation et stockage des graines et produits dérivés. Série APRIA, tome1, 576 p. Murthy, M: VR., 2008 A review of new technologies, models and experimental investigations of solar driers. Renew Sustain Energy Rev. Okos, G., Narsimhan, R., Sing, K., Witnauer, A.C., 1992 Food degradation. In: D. R. Heldman, and D.R. Lund, Editors. Hand book of Food Engineering, Marcel Dekker, New York. Ouaouich, A, Osakwe, Aet chimi; 2005. Guide du séchoir hybrid. Organisation des notions unies pour le developpement industriel. Prémiere edition. PiccarloP. 1983. Salar,Energy ,Systems for drying agricultural products. Yahiaoui K. (1999). Caractérisation physico-chimique et l'évolution du brunissement de la datte Deglet-Nour au cours de la maturation, Thèse Magister, I.N.A. EL-Harrach, 103 p.



CARACTERISATION MICROBIOLOGIQUE ET PHYSICOCHIMIQUE DE LA VIANDE DE DROMADAIRE AVANT ET APRES LE SECHA GE

LOUMANI AKIL, BRAHM CHAOUCH WAFA, DRISSI ISSMA, MEDIANI AHMED, BELKACEM ZAHRA

Unité de recherche en énergies renouvelables en milieu saharien, ADRAR.

[email protected]

Résumé La viande de dromadaire est considérée comme un aliment de choix en raison de sa valeur nutritive. Sa richesse en protéines et la nature de celles-ci en font un aliment indispensable pour une ration alimentaire équilibrée. Cependant, en raison même de ses qualités nutritionnelles, la viande constitue un terrain très favorable à la plupart des contaminations microbiennes. Objectif de notre travail a été caractérisé la qualité hygiénique (dénombrement les germes mésophile aérobie et les coliformes totaux et fécaux, ainsi la recherche de Staphylococcus areus, Salmonella, Clostridium perfringens, et levures et moisissures) et la qualité physicochimique (mesure de PH, matière sèche et les cendres) de la viande de dromadaire avant et après le séchage. Les résultats obtenus montrent que la viande de dromadaire fraiche est contaminée par les germes pathogènes avec de valeur maximale 8.1x103ufc/g. Les échantillons de viande séchée dans les deux séchoirs direct et indirect sont moins contaminée par les microorganismes recherché de valeur maximale7x105 ufc/g par rapport au viande fraiche et qui sont inférieur aux critères microbiologiques..Les résultats des analyses physicochimiques montres que les valeurs de PH de viande fraiche, viande séchée séchoir direct(VSD) et viande séchée séchoir indirect(VSID) sont respectivement, 5,70 - 5,88 – 5,90. Pour activité water sont 0,99%, et 0.34%, 0,40% et 7,86%, 7,46%, 7.80%. Pour les cendres. Mots clés: viande dromadaire séchée, analyse physicochimique, qualité microbiologique.

Abstract Camel meat is considered a delicacy because of its nutritional value, the Rich in protein and the nature of them makes an essential food for a balanced diet. However, precisely because of its nutritional qualities, the meat is ground very favorable to most microbial contamination. The objective of our study was characterized the hygienic quality, (total mésophile aerobic flora,total and fecal coliforms, salmonella, staphylococcus aureus , clostridium perfringens and yeasts and molds) and quality physicochimique (PH, the matter dries, and the ashes). The results obtained show the meat fresh camel is contaminated by pathogenic microorganism with maxim value 8.1x103 ufc/g. the samples of dried meat (direct ,indirect) are less contaminated compared with meat fresh of maxim value 7x105 ufc/g and are less microbiological criteria .the results of physicochemical analyzes of fresh meat , dried meat (direct, indirect) are reveled, a pH value of 5,70 - 5,88 – 5,90 respectively ,for draw water 0.99%, et 0.34%,040%, and 7.86%, 7.46%, 7.80%, for ash. Keywords: dried camel meat, physicochemical analysis, microbiological quality. Introduction La viande de dromadaire est considérée comme une bonne source des protéines (Wilson, 1984) avec un taux de 19.6% (Kilgour,1986) constitués principalement d’acides aminés de



proline avec un taux élevé par rapport aux autres viandes rouges, alors que les tryptophanes, l’acides aspartique et la tyrosine existent à des taux faibles (Abdelbary A. Dawood, Mohammad A. Alkanhal ; 1995). La viande de dromadaire dans la régions d'ADRAR est plus consommée que celle des autres comme la viande de bœuf et de mouton (Gebre-Mariam, 1987; Shalah, 1988 et Abouheif et al., 1989). Autrement elle est extrêmement sensible à la détérioration microbienne. Pratiquement tous les facteurs écologiques caractérisant la viande en tant que substrat sont optimaux pour la croissance de bactéries, qui sont les agents les plus efficaces dans la reminéralisassions de la matière organique. Dans cette région, les méthodes les plus utilisées pour la conservation et la prévention de la contamination microbienne sont le salage et le séchage. Les objectifs de cette étude la détermination de la qualité physicochimique et microbiologique de viande de dromadaire séchée dans un séchoir indirect et indirect. Aussi un contrôle de la qualité hygiénique de la viande séchée selon les critères nationaux et internationaux. Matériel le et méthodes

• Echantillonnage 03échantillons de viandes de jeune dromadaire (El-hachi) ont été prélevés à partir du point de vente au marché local d'ADRAR transporté dans une glacière à température de 4c°, ce prélèvement à été effectué en mois d'Avril 2012.

• Pré-Traitement (salage) Les viandes sont découpées en tranche de 10mm, immergé dans une solution hyper salé de 10% de NaCl pour but d'inhiber la prolifération microbienne (fig 1), ensuite séché avec un papier absorbant pour éliminer les goutes de la solution du prétraitement et enfin on les dispose dans des claies et on pèse à l'aide d'une balance numérique (fig 2).

• Séchage Deux types de séchoirs ont été utilisés (fig 3) : - Séchoir direct passif (réalisé par Mr KHELLIF Cherif). - Séchoir indirect à convection forcée (réalisé par Mr OUJDI Samir).

Les tranches de viande ont été disposées sur plusieurs claies désinfectées à l'eau de javel puis placées dans l'armoire du séchoir indirect. On procède à des pesées à intervalle régulière (01 heure) pour déterminer l'évolution de la masse de la viande.

Figure 1: Viande de dromadaire immergé dans une solution saline de 10% de NaCl

Figure 2: Tranches de Viande pesées dans une balance numérique



• Analyse microbiologique Une portion de 10 g de chaque échantillon est aseptiquement découpée puis soigneusement broyée à l'aide du broyeur de stomacher. Des dilutions décimales sont réalisées à l'aide d'une solution de Ringer diluée au 1/4 et préalablement stérilisée. L'analyse bactériologique a porté sur l'appréciation de la contamination totale par le dénombrement de la flore mésophile aérobie totale, l'évaluation de la contamination d'origine fécale par le dénombrement des coliformes et la recherche des germes pathogènes Salmonella et coldtidium perfrainges. Les analyses bactériologiques, et les milieux d'ensemencement et les conditions d'incubation sont présentés dans le tableau 1.

� Dénombrement la Flore mésophile aérobie totale (FMAT) Le dénombrement de la FMAT à été effectué Après dilutions appropriées de l'échantillon dans le bouillon eau peptone tamponnée puis ensemencement sur milieu Plate Count Agar(PCA) et incubation à 30 °C pendant 72 heures.

� Dénombrement les Coliformes totaux(CT) et coliformes fécaux (CF) Le dénombrement des coliformes totaux est effectué sur milieu (VRBG) et incubé à 30 °C pour les coliformes totaux et à 44°C pour les coliformes fécaux, le dénombrement des colonies rouges est effectué après 24h d’incubation. (Normes NM 08.0.124).

� Dénombrement Staphylococcus aureus Le dénombrement est effectué sur milieu Giolitti cantonii après incubation à 37° C pendant 24h.

� La recherche des salmonella � Jour 1 : Pré-enrichissement

Prélever 25 ml ou 25 gr de produit à analyser dans 1 sachet stérile de type Stomatcher contenant 225 ml d’eau peptonée tamponnée. Broyer cette suspension dans un broyeur de type Stomatcher, la transposer dans un flacon stérile qu’on incube à 37°C pendant 18 heures.

� Jour 2 : Enrichissement L’enrichissement doit s’effectuer sur deux milieux sélectifs différents à savoir, le milieu de Rappaport Vassiliadis et le milieu de Sélénite – Cysteïné , et incubés à37C°.

Figure 3: Séchoir direct passif (droite) et séchoir indirect à convection forcé (gauche)

Figure 4: Tranches de viande dans l'armoire su séchoir indirect



� Jour 3 : Isolement L'isolement doit s'effectuer sur deux milieux gélosés différents à savoir, le milieu gélosé Hektoen et le gélosé Bilié lactosé au vert brillant et au rouge de phénol puis Toutes les boites ensemencées seront incubées à 37°C pendant 24 h.

� Jour 4 : Lecture des boites et Identification Les Salmonella se présentent de la façon suivante : colonies roses entourées d’une zone rouge sur gélose BLVBRP et des colonies plus souvent gris bleu à centre noir sur gélose Hektoen.

� Recherche les clostridium sufito réductuer

Les Clostridium sulfito-réducteurs ont été dénombrés après chauffage de 10 ml de la solution mère. Au bain-marie à 80 °C pendant 10 minutes pour sélectionner les spores et ensemencement en Profondeur (1 ml) et en double couche de la gélose TSN (Trypticase-Sulfite-Néomycine). Après incubation des boîtes de Pétri à 37 °C pendant 24 heures en anaérobiose.

� Levures et moisissure Les levures et les moisissures ont été dénombrées sur milieu OGA par ensemencement du milieu en surface avec 0,1 ml de la suspension-mère et de ses dilutions et incubation des boîtes de Pétri à 30 °C pendant 72 heures. Tableau 1. Milieux d'ensemencement et conditions d'incubation des différentes microflores

analysent. Microflores Milieux d'ensemencement Conditions

d'incubation Flore mésophile aérobie totale

PCA 30C° pendant 72 h

Les coliformes totaux

VRBG 37C° pendant 72h

Les coliformes fécaux

VLBVB 44C° pendant 24h

Salmonella • Pré enrichissement: L'eau peptone tamponné

• Enrichissement: Bouillon sélénite cystéine

Rapp port vasiladise . • Isolement:

Hektoén • Identification

Galerie biochimique

37C° pendant 24h

Staphylococcus areus

Giolitti cantonii 37C° pendant 24h

Clostridium perfringens,

Viande fois 37C° pendant 24h

Levures et moisissures

OGA 25C° pendant 5 jours



Analyse physico-chimique

• Détermination de la teneur en eau La matière sèche des produits est déterminée par évaporation de leur humidité sans provoquer la Volatilisation des substances constitutives du produit. Elle est obtenue par dessiccation à l’étuve à 105 °C jusqu’à obtention d’un poids constant [4].

La teneur en eau est calculée selon la formule suivante :

1 2M MH% 100

P

−= ⋅

Où M1 : la masse de capsule + matière fraîche avant étuvage (g) ; M2 : la masse de capsule + matière fraîche après étuvage (g) ; P : la masse de prise d’essai (g).

• Détermination de la teneur en cendres [1] La viande (5g) est calcinée à 550°C dans un four à moufle jusqu’à obtention d’une cendre blanchâtre de poids constant. Le pourcentage de la matière organique MO est donné par la formule suivante :

1 2M MMO% 100

P

−= ⋅

Où MO % : Matière organique ; M1 : la masse de la capsule + prise d’essai (g) ; M2 : la masse de la capsule + cendres (g) et P : la masse de la prise d’essai (g). La teneur en cendres (Tc) est calculée comme suit:

Tc = 100 –MO%

• Détermination de l’activité de l’eau

L'activité de l'eau est mesurée sur de petits échantillons de viande fraiche et sèche par l'appareil de mesure AW (activity water) Hygrolab.

Figure 6 : Coulage des milieux de culture dans les boites de pétris

Figure 5 : Dilution décimale de viande séchée et viande fraiche

Figure 7: Mesure de l'activité de l'eau avec l'AW mètre



• Détermination du pH [NF V 05-108, 1970] Après broyage de la viande, on ajoute au moins deux ou trois fois son volume d’eau distillée dans un bécher ensuite on procède à un chauffage pendant 30 min avec agitation. On procède à la détermination du pH en prenant soin que l'électrode du pH mètre soit complètement immergée dans la solution. [2].

Résultats et discussion

• Analyse physicochimique

Tableau2: La composition physicochimique de trois échantillons de viande. Paramètres E1 (VF) E2 (VSD) E3(VSID)

Ph 5.70 5.88 5.90 Matière sèche 76.32% - -

Cendres 7.86 7.46 7.8 Activité d'eau 0.99 0.34 0.40

La teneur en eau dans les viandes et chairs d'animaux est de 60 à 75%. [3]. On l'a déterminé de 76,32% chez la viande de jeune dromadaire de la région d'Adrar. Cette valeur est supérieur à celles trouvé par [4] Kadim et al (2006) 71% et A. Dawood, M A.Alkanhal (1995) 72.11% [5]. Elle est aussi supérieure aux autres types de viande, veau 73,4% et cheval 72,7% [6]. Cette différence est peut être du à l'âge du dromadaire qui est jeune (un an et demi jusqu' à dix ans). Pour les cendres totales, on remarque que dans la viande à base sèche, les résidus minéraux après destruction de la matière organique est supérieur (7,46% - 7,8%) par rapport à la viande fraiche (4,86 %). Le pourcentage des cendres totales est calculé sur une base humide, mais le plus souvent sur une base sèche pour plus de reproductibilité dans les résultats. [7] Le changement de la valeur du pH avant et après séchage est très légère (5,70 - 5,88 – 5,90) ce qui explique que le séchage solaire n'influence pas sur le pH (l'acidité du produit). Cette acidité assure une grande stabilité microbiologique et les fonctions des métabolismes des microorganismes à température ambiante (milieu acide défavorables pour les germes pathogènes). Ces résultats sont en accords avec d'autres Tavaux obtenus par Dawood, M A. et la 1995. L'activité de l'eau d'un aliment dépend de la température. Un changement de 10°C peut causer un changement dans l'aw de 0,03 à 0,2 dépendant du type du produit. [3] Comme dans le cas de la viande du dromadaire, pendant 2jours de séchage (température entre 25C° et 50C°), l'activité de l'eau a diminué de 0,99 à 0,34, ce qui diminue la quantité d'eau liée d'un milieu qui favorise les réactions chimiques, biochimiques et microbiologique (un changement d'état ou un transfert à travers une membrane semi perméable). Ce phénomène est le principe de la conservation par le séchage.



• Analyse microbiologiques

Tableau: Les résultats des analyses microbiologiques de viandes exprimé : (en ufc/g).

FV: viande fraiche. VSD: viande séché dans le séchoir direct VSID: viande séché dans le séchoir Indirect.

D'après le tableau on remarque dans l'échantillon (E1) la prédominance de la flore germes aérobie mésophiles total (GAMT) avec une charge importante de valeur de 8.1x105ufc/g, ce qui confirme que la viande de dromadaire est un milieu favorable pour cette flore, ces résultats sont compatible avec d'autres travaux tel que (J. ELMALTI et al (2008)). En deuxième position de charge microbienne, viennent les coliformes totaux avec un taux de 6x102 ufc/g. En troisième position, les staphylococcus aureus sont présents avec un taux de 3x102 ufc/g. Les coliformes fécaux, avec une valeur de 1.5x102ufc/g, se situent en quatrième position. Enfin présentant le taux le plus faible c'est les levures et moisissures avec une

micro-organismes

Nombres V F V SD V SID

Germes mésophiles totaux à 30°C 8.1x105 5.7x105 7x105 Les coliformes totaux à 37°C 6x102 0.5x102 00 Les coliformes fécaux 44°C 1.5x102 102 00 Staphylococcus areus 3x102 1.2x102 00 Salmonella typhi 00 00 00 Clostridium perfringen 00 00 00

Levure et moisissure 2x10 00 00

Figure 8: présence de colonies de Staphylococcus areus

Figure 9: résultat positif pour les Staphylococcus areus

Figure 10: présence de Germes mésophiles totaux Figure 11 : présence des levures et moisissures



valeur de 20ufc/g. Aucune colonie n'a été détectée pour les salmonella et Clostridium perfringens. Concernant, l'échantillon VSD et VSID on remarque une diminution sur la charge bactérienne après le séchage dans les deux type de séchoirs, Pour les GAMT, la diminution est de 8.1x105 à 5.7x105ufc/g pour la VSD et de 8.1x105 à 7 x105ufc/g dans la VSID. pour les coliformes fécaux le nombre diminue de 1.5x102ufc/g à 102ufc/g , aussi pour les staphylococcus aureus de 3x102ufc/g à 1.2x102. Enfin on remarque qu'il y a altération totale pour les coliformes totaux et les levures et moisissures. A la fin de cette étude, et d'après les normes du journal officiel N°35 du 27 Mai 1998, les résultats microbiologiques confirment que la qualité de viande de dromadaire séchée dans le séchoir direct ou indirect est acceptable et ne présente aucun risque sur la santé du consommateur. Ces résultats sont en accord avec les critères nationaux et internationaux.

Conclusion Le séchage solaire joue un rôle important dans l'hygiénisme et la conservation de la viande de dromadaire par réduction de l'altération bactérienne et cela par l'augmentation de la température. On confirme aussi que le séchoir direct a plus d'efficacité dans l'élimination de bactéries que le séchoir indirect et cela est due toujours aux valeurs de température élevée (atteint jusqu'à 50°). Il y a aussi d'autres facteurs qui influent sur l'inhibition vis à vis de la flore indésirable et sur la diminution de la charge bactérienne telle que le PH, responsable de l'acidification de milieu et le salage. Références [1] NF V05-113, 1972 [2] Bouzidi N., Aribi F., 1998: Valorisation et Etude de la Qualité Nutritionnelle, Microbiologique et Organoleptique du Sirop de dattes « RUB » et Son Utilisation. Mémoire d’ingénieur d’état en Sciences Agronomique, spécialité Technologie Agro-alimentaire, pp. 39-53. [3] M. EL ATYQY le mer, 2010. Eau dans les aliments. AZAQUAR.com [4] Kadim, I. T., Mahgoub, O., Al-Marzooqi, W., Al-Zadgali, S., Annamali,K., & Mansour, M. H. (2006). Effects of age on composition and quality of muscle Longissimus thoracis of the Omani Arabian camel(Camelus dromedaries). Meat Science, 73, 619–625. [5] Abdelbary A ,Dawood , Alkanhal, Mohammad A. 1995., Nutrient composition of Najdicamel meat J.Meat Science, 1,39. [6] J-C Favier., J Ireland-Ripert., C TOQUE., M FEINBERG. 2006. Répertoire général des aliments. [7] Dr R. SALGHI., Analyses physicochimiques I, Analyse des denrées alimentaires I, p15.

Figure 12: viande de dromadaire séchée dans un séchoir solaire indirect



RECHERCHE D’ENZYMES HYDROLYTIQUES DE BACTERIES HALOTOLERANTES ET HALOPHILES ISOLEES DE « QUADID »

BOUDOUIRA NASSIRA1; NAMOUS HADJER2; KHAROUB KARIMA 3

12ere année poste graduation (I.N.A.T.A.A.) 23emeanneé poste graduation (I.N.AT.A.A.) 3Promotrice : M.A.T.C.C. (I.N.A.T.A.A.) Université Mentouri Constantine

[email protected]

Résumé Récemment, la biotechnologie alimentaire a fait exploiter des enzymes hydrolytiques des microorganismes pouvant survivre dans des environnements extrêmes dont d’autres ne le peuvent, notamment les halophiles et les halotolérants. L’objectif de ce travail est un essai d’isolement et de purification de procaryotes du Qadid, un aliment traditionnel Algérien conservé par le sel puis de mettre en évidence la présence d’enzymes hydrolytiques comme les protéases, les lipases et les amylases. Parmi ces isolats, seize souches ont été retenues. La majorité sont pigmentées, sphériques, à Gram-positif et possèdent une catalase. Ce sont les caractéristiques de la famille des Micrococcaceae. L’essai de la croissance des isolats sur des milieux à 0%, 5% et 7.5% (p/v) de sels a montré que quinze souches sont halotolérantes et seule une souche est halophile. Parmi les isolats étudiés, certains s’avèrent posséder des protéases, des lipases et des amylases. Mots clés : Biotechnologie alimentaire, Qadid, halophiles, halotolérants, enzymes hydrolytiques. Introduction La viande joue un rôle significatif dans le régime alimentaire humain dû principalement à ses caractéristiques souhaitables de texture, de saveur, et à ses protéines qui sont d’une valeur biologique élevée. A cause de son activité d’eau élevée ainsi que de sa richesse en nutriments, la viande est un milieu excellent pour la croissance microbienne. Le développement des microorganismes provoque des altérations indésirables, avec une perte de qualité (odeur, couleur, texture) ainsi que des effets néfastes sur la santé humaine. Parfois, le développement microbien sur la viande et recherché. Cet effet souhaitable est le résultat de l’activité biochimique microbienne qui se traduit par la décomposition des carbohydrates, des lipides et des protéines d’où un développement de la saveur et une amélioration de la digestion de l’aliment (Bamforth, 2005 ; Roseiro et al., 2008). La viande comme toutes les denrées périssables se dégradent facilement et pour remédier à cette contrainte, l’homme a développé des méthodes de conservation lui permettant de stocker cette denrée en période d’abondance. Jusqu’à nos jours, le sel est utilisé comme agent de conservation des produits carnés. Ce salage prolonge la durée de conservation en absorbant une grande quantité de l’eau disponible, ce qui rend la survie des microorganismes difficile (Berkel et al., 2005). Par suite de cette sélection, seuls les microorganismes halophiles et halotolérants peuvent croître. En raison de leur pouvoir adaptatif à la salinité, ces microorganismes ont trouvé des applications biotechnologiques dans divers domaines. Dans le cas de la biotechnologie alimentaire, les bactéries lactiques et spécialement les bactéries halotolérantes jouent un rôle essentiel dans divers procédés de fermentations qui se produisent en présence de sel (Robert Nout, 2001). Ainsi, les membres de la famille des Micrococcaceae présentent un grand intérêt dans la fermentation des produits à base de viande et actuellement sont utilisés comme des « starters » de cultures (Grieg et al., 2005 ; Morot-Bizot et al., 2007). Ils catalysent la fermentation et produisent de ce fait divers composés qui donnent le goût, la flaveur, et l'arôme caractéristiques aux produits. Également, ces



microorganismes sont susceptibles de contenir des molécules d’intérêt biotechnologique comme les enzymes (Margesin et Schinner, 2001) et les substances antimicrobiennes (Martín et al., 2007). De nombreuses études relevant, à des degrés divers, de l’écologie microbienne des environnements (eaux, sol, aliment, etc.) se sont multipliées. Afin d’enrichir nos connaissances sur la microbiologie d’un aliment traditionnel le « Qadid », nous avons décidé d’entreprendre ce travail qui a pour objectifs :

- Isolement et purification des souches du « Qadid » - Mise en évidence de la présence d’enzymes hydrolytiques. -

La première partie du travail est consacrée à la description des données bibliographiques relatives à l’altération de la viande, à sa conservation par le sel et aux microorganismes halophiles et halotolérants ainsi qu’à leurs enzymes. La seconde partie se focalisera sur les techniques utilisées. Les résultats obtenus sont comparés et discutés. Enfin, la dernière partie est consacrée à la conclusion générale et aux perspectives. Matériel et méthodes Ce travail est effectué sur un aliment traditionnel Algérien le « Qadid ». Les analyses microbiologiques sont réalisées au niveau du laboratoire de l’Institut de la Nutrition, de l’Alimentation et des Technologies Agro-Alimentaires pendant un mois et 15 jours dont le but d’isoler et de purifier des souches halophiles et/ou halotolérantes en vue d’une recherche d’enzymes hydrolytiques. 1. Préparation du Qadid Le Qadid, c’est de la viande préservée de façon traditionnelle par salage de la surface de celle-ci, suivi d’un séchage à l’air libre., Les parties utilisées (côtes) sont obtenues à partir de la viande ovine (mouton). Le sel utilisé lors de cette opération est un sel de cuisine (Royal) et dont la composition en mg/kg est la suivante : NaCl 99.50, Mg2+ 0.09, Ca2+ 0.06, H2O 0.025 et NO3- 50.84) (ETS ZEROUG). 2. Isolement et purification des isolats Les premiers isolements ont débuté après 164 jours de la préparation des échantillons. Pour la préparation de la solution mère 10g de Qadid est mélangé avec 90mL d’une solution à 5% (p/v) de NaCl. Le mélange est homogénéisé à l’aide d’un broyeur POLYTRON pendant 60 secondes. 0.1mL de la solution mère est étalé directement sur le milieu de culture HM (Halophilic Media). Ces dernières sont conçues pour cultiver le plus grand nombre de procaryotes halophiles et halotolérants. Les boites de Pétri ensemencées sont incubées à 37°C. Le milieu de culture HM utilisé est celui de Torreblanca et al. (1986). Le stock de la solution saline à 30% (p/v) est préparé selon la composition de Subov (1931) (par litre). Les milieux de culture solides sont obtenus par addition de 20g.l-1 d’agar-agar. Le pH du milieu est ajusté à 7.0 ± 0.3. La purification des isolats est réalisée par repiquage successif. 3. Caractérisation des isolats 3.1. Caractérisation macroscopique et microscopique des souches L’aspect macroscopique des colonies est déterminé sur milieu solide après 48 heures d’incubation et la caractérisation morphologique est procédée sur des cultures jeunes. La coloration de Gram est réalisée selon la technique décrite par Christian Gram (1884) (Lambin, 1969).



3.2. Spectre salin L’exigence en sel est effectuée sur milieu solide additionné de quantités finales de sel de 0%, 5%, 7.5% et à 20% (p/v). La croissance en absence de sel permet de séparer entre les isolats halotolérants et halophiles. 3.3. Caractérisation enzymatique La recherche d’enzymes exocellulaires est étudiée afin d’évaluer les capacités hydrolytiques des souches isolées. 3.3.1. Recherche de la catalase La catalase est une enzyme possédant, comme les cytochromes, un coenzyme formé d’un hème incluant un atome de Fer III. Elle joue un rôle majeur dans l’élimination du peroxyde d’hydrogène. A partir d’un milieu solide, émulsionner un peu la colonie suspecte dans une goute d’eau oxygénée à 10 volumes. Le dégagement de bulles indique la présence d’une catalase (Delarras, 1998 ; Joffin et Leyral, 2006). 3.3.2. Activité amylolytique L’activité amylasique est examinée en ajoutant 2g/l d'amidon soluble au milieu de base HM (Dodia et al., 2006). Les souches étudiées sont ensemencées par touches et incubées à 37°C pendant une semaine (Delarras, 1998 ; Rohban et al., 2008). Les boites de Pétri sont ensuite inondées avec une solution de lugol « I2-KI » (0.1% (p/v) d’I2 – 0.2% (p/v) de KI). La présence d'une zone claire autour de la colonie indique l'hydrolyse de l’amidon et témoigne de la production d’une amylase (Cojoc et al., 2009). 3.3.3. Activité protéolytique - Hydrolyse de la caséine Le milieu solide de base est additionné de 1% (p/v) de caséine. Après ensemencement, les souches testées sont incubées à 37°C pendant 7 jours. La présence d’une caséinase se manifeste par la présence d’un halo clair autour des colonies dû à l’hydrolyse de ce polymère (Cojoc et al., 2009). - Hydrolyse de la gélatine Le milieu de base est additionné de 4% (p/v) de gélatine réparti en boites de Pétri. Elles sont ensuite ensemencées par touches (Guiraud, 1998). Après incubation, la mise en évidence de l’hydrolyse de la gélatine est effectuée par addition du réactif (HgCl2 150g, HCl concentré 200mL, 1L d’eau distillée) aux boites de Pétri. La présence des zones claires autour des stries indique une hydrolyse de la gélatine (Joffin et Leyal, 2006). 3.3.4. Activité lipolytique - Hydrolyse des Tweens 80 et 20 Le milieu de base est additionné de 1% de Tween 20 et de Tween 80, respectivement (Essid et al., 2007). Après incubation à 37°C pendant 7 jours, la présence des zones claires autour les stries indique une hydrolyse des Tweens. - Hydrolyse de l’huile d’olive Le milieu de base HM stérilisé est additionné de 2.5% d'huile d'olive (Martín et al., 2006 ; Rohban et al., 2008). Le mélange est homogénéisé par agitation. L’ensemencement se fait par touches. Les souches positives pour ce test sont celles présentant une zone claire autour des stries.



Résultats et discussion 1. Les isolats Cette étude a consisté en l’utilisation de techniques culturales d’isolements de souches du Qadid. Seize souches ont été retenues pour une caractérisation (morphologie, Gram et recherche de quelques enzymes). 2. Aspect macroscopique et microscopique Tous les isolats étudiés forment des colonies rondes, à bords réguliers et dont le diamètre est de 1 à 2 mm, après 48 heures d’incubation à 37°C. La plupart des colonies sont crèmes, à l’exception des souches 217, 227 et 2320 qui sont jaune claire. La souche 47 est pigmentée en jaune. Toutes les souches sont à Gram positif et se présentent sous forme de cocci, à l’exception de la souche 2320 qui est un bacille. Quand, à l’association, les formes sphériques s’associent en amas, en grappes ou en chaînette (Tableau 4). Ces résultats montrent la prédominance des cocci à Gram positif ce qui est en accord avec ceux trouvés par Cordero et Zumalacárregui, (2000).

Tableau 1. Caractères morphologiques des souches étudiées.

3. Salinité Les résultats de cette analyse sont représentés dans le tableau 5. Toutes les souches peuvent croître en absence de sel (à 0%, p/v) et aussi tolèrent des concentrations salines finales allant jusqu’à 7.5% (p/v). Elles n’exigent pas la présence de sel pour leur croissance ; ce sont donc des bactéries halotolérantes (Ventosa et Nieto, 1995). La souche 2320 est trouvé incapable de se développer à 0% (p/v) de sel. Cette dernière a été isolée sur le milieu de culture à 20% (p/v) de sel. Elle peut être qualifiée de bactérie halophile (Mesuguer Soria, 2004 ; Madigan et Martinko, 2007).

Tableau 2. Croissance à différentes concentrations de sels (p/v).



4. Recherche d’enzymes Les résultats obtenus sont représentés dans le tableau 6. Concernant la recherche de la catalase, toutes les souches sont positives pour ce test. 4.1. Les protéases Parmi les souches isolées, douze possèdent une activité protéolytique dont les souches 37, 45, 47, 67, 137, 157, 217, 227 hydrolysent la gélatine, tandis que les souches 45, 67, 107, 127, 125, 137, 157, 167 hydrolysent la caséine. Il faudra noter que parmi ces souches, quatre possèdent les deux types d’enzymes (45, 67, 137, 157). 4.2. Les lipases La recherche d’enzymes lipolytiques montre que dix isolats possèdent des lipases. Ainsi, les souches 37, 47, 67, 85, 127, 137, 157, 167, 2320 ont pu hydrolyser le Tween 20 parmi lesquelles la « 37 » est très active en se basant sur la largeur de la zone claire qui entoure les stries. Par contre le Tween 80 est hydrolysé uniquement par les souches 127 et 167. Alors que l’huile d’olive n’est hydrolysée que par une seule souche. 4.3. Les amylases Sept souches ont pu hydrolyser l’amidon, parmi lesquelles la souche 2320 a montré une plus grande zone d’hydrolyse.

Tableau 3. Résultats de la recherche d’enzymes.

5. Discussion Toutes les souches sont catalase-positive. Selon Mauriello et al., (2004), cette enzyme peut empêcher le goût produit par l’oxydation des lipides pendant la maturation. L’ensemble des souches, à l’exception de l’isolat 2320, se présentent sous forme de cocci à Gram-positif associés en amas ou en grappes. Cette morphologie et la présence de catalase sont des traits caractéristiques de la famille des Micrococcaceae (Cordero et Zumamacarregui, 2000). En effet, l’étude réalisée par Essid et al., (2007), sur le Qadid Tunisien a montré une



prédominance des Staphylococcus xylosus, Staphylococcus carnosus, Staphylococcus simulans, membres de la famille des Micrococcaceae. Un résultat similaire a été obtenu avec la viande conservée traditionnellement par les populations d’Himalaya (Tamang et al., 2010). Cette prédominance des Staphylococcus peut s’expliquer par leur halotolérance et leur faible demande en oxygène en comparaison avec les Micrococcus (Essid et al., 2007). La recherche d’enzymes hydrolytiques a montré la présence de lipases responsables de l’hydrolyse des Tweens. Par ailleurs, le Tween 20 est hydrolysé par plus de souches, ceci est due probablement à la différence du poids moléculaire. Aussi quelques isolats produisent une gélatinase et une caséinase. Ces résultats ont été signalés auparavant (Essid et al., 2007 ; Martín et al., 2007). Cependant, certains chercheurs estiment que les activités protéolytiques et lipolytiques seraient mieux testées sur les substrats de viande (protéines musculaire, sarcoplasmiques, et la graisse du porc) que sur des substrats tels que le lait en poudre, la gélatine, le tributyrine ou les Tweens 80 et 20 (Mauriello et al., 2004 ; Essid et al., 2007). Mais, il faudra noter que la production de telles enzymes par les microorganismes serait responsable du catabolisme des acides aminés, de la formation des esters et de leur interaction avec les acides gras pouvant contribuer au développement de la saveur dans les produits à base de viande (Essid et al., 2007 ; Martín et al., 2007). La mise en évidence d’amylases est souvent recherchée pour des souches environnementales. Mais on a estimé qu’il serait intéressant de connaitre toutes les capacités des isolats étudiées même si le substrat ne fait pas partie de la composition de notre denrée. Conclusion et perspectives Ce travail est effectué sur un aliment traditionnel Algérien le « Qadid », dont l’objectif est l’isolement et la purification de procaryotes halotolérants et/ou halophiles puis de mettre en évidence la présence d’enzymes hydrolytiques. Des milieux spécifiques pour halotolérants et halophiles à différentes concentrations finales de sel ont servi à l’isolement et à l’analyse enzymatique. Parmi les isolats, seize souches choisies au hasard ont été retenues. Elles forment toutes des colonies rondes, à bords réguliers et dont le diamètre varie de 1 à 2 mm. La majorité des souches donne des colonies crème sur milieu solide après 48 heures d’incubation à 37°C. Leurs cellules sont sphériques et à Gram- positif, à l’exception d’une souche qui se présente sous forme de bâtonnet. Les cocci s’associent en amas, en grappes ou en chaînette. La croissance en absence de sel est observée pour quinze isolats qui traduit leur halotolérance. En outre, elles croissent également en présence de 7.5% (p/v) de sel. Une seule souche est trouvée incapable de pousser à 0% (p/v) de sel et qui selon les auteurs doit être qualifiée d’halophile (Mesuguer Soria, 2004 ; Madigan et Martinko, 2007). La catalase est présente chez l’ensemble des souches étudiées. La présence de cette enzyme, l’halotolérance et la morphologie sont des traits caractéristiques de la famille des Micrococcaceae. La présence d’enzymes hydrolytiques ; protéolytique, lipolytique et amylolytique, est variable. On doit également souligner que le Tween 20 est hydrolysé par plus de souches que le Tween 80 et l’huile d’olive. Au vu des résultats acquis au cours de cette étude, il serait particulièrement intéressant d’augmenter le nombre d’isolats, de les identifier et de déterminer leur activité enzymatique et antimicrobienne.



CHANGES IN PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF DEHYDRATED GARLIC DURING INFRARED DRYING

LITAIEM JIHENEa,b, TOUIL AMIRAc , CHEMKHI SABERd, ZAGROUBA FETHIb

a Agronomical National Institute of Tunisia

b Higt Institute of Environmental Science and Technology, Borj-Cédria, Tunisia

c Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Zaghouan, Tunisia

d Higt Institute of Environmental Science and Technology, Gafsa, Tunisia

Abstract Garlic (Allium Sativim L.,) is widely used as an obligatory part in many cooked dishes loosing during this process a certain part of its bioactivity. Drying conditions, particularly temperature, leads to garlic modifications that can cause quality degradation. In this work, the effect of process temperatures between 40°C and 70°C on the physico-chemical properties of Allium Sativum was investigated. The following parameters were analysed: proximal composition, pH, acidity and mineral content. Results have shown that drying temperature of 70°C resulted in significant variation in and/or loss of the physicochemical properties of garlic. However, a minor alteration in the physicochemical properties of garlic was produced at drying temperatures of 40, 50°C. Keywords: Garlic, kinetics, Infra-red drying, physico-chemical properties. 1. Introduction Garlic (Allium sativum L.), belongs to the Liliaceae family. It’s a common food spice used widely in many parts of the world. The powerful and unusual flavors of many of these plants and their possible medical applications have attracted the attention of plant physiologists and chemists (Zahid, 2005; Carson, 1987; Graham et al., 1987). Even today, the medical use of garlic is widespread and growing. Epidemiological, clinical, and preclinical studies have shown close relation between dietary habits, including garlic intake, and the occurrence of disease. Furthermore, garlic was investigated extensively for health benefits, which has resulted in more than 1000 publications over the past decade (Biljana et al., 2008). It is considered to be one of the best disease-preventive foods, based on its potential and varied effects (Amagase et al., 2006). A wide array of therapeutic effects, such as hypolipidaemic, antiatherosclerotic, hypoglycaemic, anticoagulant, antihypertensive, antimicrobial, antidote (for heavymetal poisoning) and hepatoprotective, has been reported (Agarwal, 1996; Rivlin, 2001). Dehydration is one of the most widely used methods for fruits and vegetables preservation. Its main objective is the removal of water to the level at which microbial spoilage and deterioration reactions are minimized. However, it is well known that during hot-air drying, vegetables undergo physical, structural, chemical and nutritional changes that can affect quality attributes like texture, colour, flavor, and nutritional value (Di Scala et al., 2008); in addition, the removal of water from the agricultural or food materials is very energy consumption process. The efficiency of the drying of waste materials is an important economic consideration with respect to both energy and time. Therefore, in this study, infrared (IR) drying technique was used to achieve an increase of the effective thermal processing.



IR drying is based on the action of infrared wavelength radiation from a source, which interacts with the internal structure of the sample and thus increases its temperature and favors the evaporation of its moisture content. Moreover, IR energy is transferred from heating element to the sample product without heating surrounding air. Thus, in this radiating process the temperature of the inner layers of the sample is higher than that of the surrounding air. As a result, the drying of the sample takes place from inner to outer layers via both radiation and convection thermal phenomena. This leads to a high rate of heat transfer with respect to conventional drying. IR heating presents some advantages with respect to conventional drying, such as those noted by (Togrul, 2005): decreasing drying time, high-energy efficiency and lower air flow through the sample product. Therefore, the aim of this work was to study the effect of IR drying temperature on physico-chemical properties that occurred during the drying process of Allium sativum cultivated in Tunisia. 2. Materials and methods 2.1 Plant materials Raw garlic (Allium sativum L.) was purchased from local market at the peak of its maturity. The garlic samples were prepared manually. The edible parts were divided into five parts: one of them was used as fresh (raw) garlic (FG), and four others (G-40; G-50; G-60; and G-70) were dried at 40°C, 50°C, 60°C, and 70°C , respectively. After drying, they were pulverized into fine powder using a grinder (MF 10 basic mill, GMBH & Co., Staufen, Germany). 2.2 Chemical properties Moisture and Ash of garlic samples were determined according to AOAC method (1990). Nitrogen concentration was obtained by applying the Kjeldahl method (NT. ISO. 1817, 1975), and the protein concentration was estimated using a nitrogen factor of 6.25. The lipid content was analysed gravimetrically following Soxhlet extraction. The crude fibre was estimated by acid/alkaline hydrolysis of insoluble residues. The pH was determined by potentiometric measurement at 20°C with pH meter (NT 52.21, 1982). The acidity was determined by titration with NaOH to pH 8.1, expressing the results in g of anhydrous citric acid/100g (NT 55. 01, 1984). All measurements were done in triplicate. 2.3 Mineral contents Minerals K, P, S, Ca, Na, Mg were determined by flame photometry and atomic absorption spectrometry after the digestion of an H2SO4, HNO3 and HClO4 mixture as described by García-Hernández et al. (2006). All determinations were done in triplicate. 2.4 Drying process Infrared drying appears by an electromagnetic field conveyed by frequencies which excites the water’s molecules. The molecular agitation which results from it causes intermolecular shocks that involve a heating of the product and thus the vaporization of the water’s molecules. The procedure consists in placing a sample of (40±0,1)g of the product, cut in thin layer (3 to 5 mm) inside the device and on an aluminum support placed on the top of the balance. The amount of evaporated water during drying was determined at about 2 min interval in each drying temperature. The samples were dried until they reached a constant weight. Drying tests were replicated three times at each temperature and averages weight loss are reported. Moisture content (g water/g dry solid) was determined using the following equation:

� =��

�� (1)



Where M is moisture content (g water/g dry solid), W0 is initial weight of sample, W is the amount of evaporated water, W1 is the sample dry matter mass.

2.5 Rehydration process Rehydration of the dehydrated samples (40, 50, 60, and 70°C) was done in triplicate using approximately 5.00±0.05 g of dried sample. Each sample was placed in a glass beaker filled with 200mL of distilled water at 20°C for 10h. The excess water was then allowed to drain for several minutes. Finally, the sample were weighed, packed, and stored at 4°C in a refrigerator. 3. Results and discussion 3.1 Evolution of moisture content of garlic slices during drying Initial moisture content of (FG) was 64.88±1.20g g per 100g fresh garlic and final moisture content of four drying samples was as follows 1.3892, 1.2676, 1.1360, and 1.0465, for G-40, G-50, G-60 and G-70, respectively. The drying time for reaching the equilibrium moisture contents at different drying temperatures is shown in Table 1.

Table 1. Drying time and equilibrium moisture content of samples at different drying temperatures

Drying Temperature (°C)

Drying time (min)

Equilibirium moisture content (g water/g dry solid)

40 50 60 70

482 314 164 74

1.3892 ± 0.172 1.2676 ± 0.095 1.1360 ±0.066 1.0465 ± 0.043

The moisture content values obtained for the drying temperatures 40-50-60-70°C were converted into the moisture ratio (MR). The dimensionless moisture ratio might be obtained using the following equation (Midilli, 2001): MR=(Mt −Me)/(M0 −Me). Nevertheless, the moisture ratio was simplified to Mt/M0, where Mt and M0 are the moisture content at any given time and the initial moisture content, respectively. Dehydration characteristics of garlic at 40, 50, 60 and 70°C temperatures are presented in Fig. 1. Drying time decreased considerably when temperature was increased from 40 to 70°C. At higher temperature the rate of water evaporation from the food increases thus causing a reduction in drying time. The decrease in the drying time with an increase in temperature for garlic slices have been observed by Madamba et al. (1996), Pezzutti and Crapiste (1997), Sharma and Prasad (2001), and Sacilik and Unal (2005). The effect of temperature on the dehydration rate of garlic at 40, 50, 60 and 70°C temperatures is indicated in Fig. 2. It can be seen that higher drying rates were obtained at higher drying temperatures. The moisture decreased faster at higher drying temperatures in all cases, as expected. Therefore, a higher drying temperature produced a higher dehydration rate and consequently the drying time decreased. This due to the increase of heat transfer inside the garlic slices, and the acceleration of water migration inside them. A constant drying rate period was not observed in all cases. The same results have been found in previous reports, in which only the falling drying rate period has been observed. (Krokida et al., 2003; Doymaz et al., 2006; Garau et al., 2009; Miranda et al., 2009; Ramallo et al., 2010).

4444èmeèmeèmeème Séminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de SéchageSéminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de SéchageSéminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de SéchageSéminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de Séchage

Iles de Kerkennah – Sfax (Tunisie) 2

Fig. 1. Drying curves of garlic at different temperatures

Fig. 2. Drying rates versus moisture content of garlic at different temperatures

3.2 Evolution of chemical properties during dryingProximate analysis of garlic (on 100g of fresh weight) presented an initial moisture content of 64.88±1.20g; crude protein (nitrogen×6.25) of 7.69±0.54g; total lipids of 1.78±0.10g; crude fibre of 2.84±0.18g; crude ash of 2.30±0.14g. Similar results were found by Haet al., 2005). Table 2 shows the mean values and standard deviations of the composition results obtained for fresh and dry-rehydrated samples. analysed for moisture, ash, protein, fat, The fresh garlic had higher moisture content than did the rehydrated samples due to cell wall damage caused by the temperature (Chang et al., 2006); however, products with lower moisture contents were obtained at 40 and 50°C due to lo Similar results were obtained for the other parameters, the rehydrated samples showed decreased levels of protein, fat, and ash compared to fresh garlic. The loss of protein could be due to denaturation or changes in solubility during dr

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

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0,9

1

0 5000

Mo

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MR

)

0

0,005

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0,015

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0,045

0 0,2

Dry

ing

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40

50

60

70

Séminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de SéchageSéminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de SéchageSéminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de SéchageSéminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de Séchage

Sfax (Tunisie) 25-28 Mars 2013



Evolution of chemical properties during drying analysis of garlic (on 100g of fresh weight) presented an initial moisture content of

64.88±1.20g; crude protein (nitrogen×6.25) of 7.69±0.54g; total lipids of 1.78±0.10g; crude fibre of 2.84±0.18g; crude ash of 2.30±0.14g. Similar results were found by Ha

Table 2 shows the mean values and standard deviations of the composition results obtained rehydrated samples. Fresh garlic and dried at different temperature were

analysed for moisture, ash, protein, fat, fiber, pH, acidity.

moisture content than did the rehydrated samples due to cell wall damage caused by the temperature (Chang et al., 2006); however, products with lower moisture contents were obtained at 40 and 50°C due to long drying times.

Similar results were obtained for the other parameters, the rehydrated samples showed decreased levels of protein, fat, and ash compared to fresh garlic. The loss of protein could be due to denaturation or changes in solubility during drying, which may have caused the

5000 10000 15000 20000 25000

Drying time (s)

40°C

50°C

60°C

70°C

0,2 0,4 0,6 0,8

Moisture Ratio (MR)

40°C

50°C

60°C

70°C

Séminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de SéchageSéminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de SéchageSéminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de SéchageSéminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies de Séchage (SMSTS’2013)(SMSTS’2013)(SMSTS’2013)(SMSTS’2013)

250



analysis of garlic (on 100g of fresh weight) presented an initial moisture content of 64.88±1.20g; crude protein (nitrogen×6.25) of 7.69±0.54g; total lipids of 1.78±0.10g; crude fibre of 2.84±0.18g; crude ash of 2.30±0.14g. Similar results were found by Hacıseferoğulları

Table 2 shows the mean values and standard deviations of the composition results obtained Fresh garlic and dried at different temperature were

moisture content than did the rehydrated samples due to cell wall damage caused by the temperature (Chang et al., 2006); however, products with lower

Similar results were obtained for the other parameters, the rehydrated samples showed decreased levels of protein, fat, and ash compared to fresh garlic. The loss of protein could be

ying, which may have caused the

30000

1



proteins to leach out into the rehydration water. The decrease in ash content from 2.30 (fresh garlic) to 1.51g (sample dried at 70°C) may have occurred as a result of the leaching of soluble inorganic compounds into the rehydration water. The decreased lipid content from 0.32 to 1.78g at 70°C and in the fresh garlic respectively, may be due to enzymatic hydrolysis during the first drying period (Perera, 2005). Crude fibre, the second most plentiful component in garlic samples, was relatively constant in all samples. In the same table, there was no major variation in pH with values ranging from 6.15 to 6.2, showing the same tendency of acidity. Similar results were found by Vega-Gálvez et al., (2009), working with dehydrated red pepper.

Table 2. Mean values of chemical properties of garlic dried at different temperature Analysis Sample condition

FG 40°C 50°C 60°C 70°C Moisture Ash (%) Protein (N×6.25) Fat Crude Fibre Energy (Kcal/100g) pH Acidity (% ciric acid)

2.42 ± 0.018 2.30 ± 0.19 7.69 ± 0.24 1.78 ± 0.032 2.84 ± 0.183 415.2 ± 4.672 6.15 ± 0.05

0.108 ± 0.009

0.41 ± 0.014 1.24 ± 0.20 5.56 ± 0.14 0.80 ± 0.015 3.11 ± 0.156

1413.42 ± 17.081 6.15 ± 0.06

0.105 ± 0.003

0.74 ± 0.012 1.39 ± 0.18 5.35 ± 0.11 0.74 ± 0.019 3.06 ± 0.197

1265.32 ± 10.649 6.17 ± 0.05

0.099 ± 0.005

1.21 ± 0.014 1.42 ± 0.25 5.87 ± 0.13 0.57 ± 0.028 2.93 ± 0.125

1223.80 ± 15.246 6.20 ± 0.08

0.092 ± 0.008

1.26 ± 0.015 1.51 ± 0.25 5.64 ± 0.24 0.32 ± 0.023 2.77 ± 0.157

1186.54 ± 13.672 6.21 ± 0.11

0.097 ± 0.004

3.3 Evolution of mineral contents during drying Table 3 show the mineral content of fresh and rehydrated garlic at different drying temperatures. K, P and Mg were the predominant mineral in the fresh and rehydrated samples; the peak values in fresh garlic were: 1537.46, 610.37 and 110.15 (mg/100 g), respectively. The K content in the fresh garlic was three times higher than those in the rehydrated samples, while for Mg the content was approximately twice this in the sample dried at 70°C. However, all rehydrated samples showed a considerable decrease in mineral content with respect to the fresh samples, due mainly to differences in solubility and the leaching of inorganic compounds into the rehydration water (Sablani, 2006). Nevertheless, the mineral content may vary widely among vagetables, depending on several factors such as ripeness, varety, soil type, the use of fertilizers, intensity and exposure time to sunlight, temperature, rain, and cultivation area (García-Hernández et al., 2006).

Table 3. Mean values of various mineral content in garlic

Minerals FG G-40 G-50 G-60 G-70 Fe (mg/100g) K (mg/100g) P (mg/100g) Mg (mg/100g) Na (mg/100g) Ca (mg/100g)

4.12 ± 0.003 1537.46 ± 34.744 610.37 ± 49.902 120.15 ± 4.056 52.78 ± 0.965 36.42 ± 1.058

3.66 ± 0.053 432.87 ± 12.769 542.97 ± 46.704 98.63 ± 2.020 51.76 ± 0.254 21.05 ± 0.327

3.71 ± 0.042 407.37 ± 13.670 554.71 ± 53.540 88.86 ± 3.054 50.87 ± 0.483 20.54 ± 0.672

3.84 ± 0.032 504.54 ± 19.254 508.96 ± 42.093 87.32 ± 3.087 50.42 ± 0.429 22.69 ± 0.854

3.65 ± 0.024 468.15 ± 28.367 523.9 ± 59.741 72.94 ± 2.074 51.61 ± 0.156 22.53 ± 0.791

Conclusion The effect of Infrared-drying temperature on physico-chemical properties of garlic between 40 and 70 °C was investigated. Results have shown that drying temperature of 70°C resulted in significant variation in and/or loss of the physicochemical properties of garlic. The Infra-red drying is an effective method which is able to convert large amount of wet-products into dried form within short time. This method is environmental friendly as it does not elute any



harmful water and it’s economical. Further, it shows a minor alteration in the physicochemical properties of garlic at drying temperatures of 40, 50°C. References Agarwal, K.C., 1996. Therapeutic actions of garlic constituents. Medicinal Resaerch Reviews

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INFLUENCE OF DRYING UNDER VARIABLE TEMPERATURE ON COLOUR CHARACTERISTICS, ESSENTIAL OIL QUALITY AND ANTIOXIDANT CAPACITY OF TUNISIAN ROSEMARY LEAVES

SARRA MTIRI (1-2); SIHEM DRISSI(2) ; SLAH BEN MABROUK(2)

1Institut National Agronomique de Tunis. INAT ; Département des Ressources Animales, Halieutiques et de technologie Agroalimentaire, 43, Avenue Charles Nicolle 1082 -Tunis- Mahrajène, Tunisie.

2Centre de Recherches et des Technologies de l’Energie. CRTEn. Technopôle Borj Cedria Laboratoire des Procédés Thermiques L.P.T. BP: 95, Hammam-Life 2050, Tunisie.

[email protected] ; [email protected]

Résumé Nous nous sommes intéressés à l'étude de séchage convectif des feuilles du romarin (Officinalis Rosmarinus L.) en couche mince pour des conditions opératoires stables : températures et vitesse d’écoulement de l’air asséchant de 2 m/s et pour des conditions opératoires variables : vitesse d’écoulement de l’air asséchant 2 m/s et des températures variables de façons croissante et décroissante entre 60°C et 40°C. Nous avons contrôlé la qualité des feuilles du romarin avant et après le séchage sous différentes conditions ce qui a montré : (i) un changement de la couleur, (ii) une augmentation du rendement en huile essentielle et un changement de sa composition et (iii) une diminution des activités anti-oxydantes par rapport au produit frais mais, leur préservation en fonction de l’augmentation de la température. Le séchage sous des températures décroissantes de 60°C à 40°C permet l’augmentation du rendement en huiles essentielles et une bonne préservation de la couleur et des activités anti-oxydantes. Mots clés : séchage convectif, conditions stables, conditions variables, romarin sauvage tunisien (Officinalis Rosmarinus L.), qualité. Introduction Le romarin Tunisien occupe une superficie de 120 000 ha. Il pousse spontanément sur sol calcaire du semis aride et aride des gouvernorats de Kasserine, Kef, Siliana, Kairouan et Zaghouan (API, 2003). Le romarin est utilisé frais, séché ou sous forme d’extrait. Ses feuilles renferment des huiles essentielles et d’autres substances pouvant être utilisées en alimentation (arômes, antioxydants), en parfumerie (molécules odorantes), en thérapie (substances actives : antifongiques, antibactériens, antiviraux) ou en cosmétique (substances traitant la peau et les cheveux). L'importance de la demande nationale et internationale sur les huiles essentielles a encouragé l’installation de 10 unités spécialisées dans la distillation du romarin qui produisent annuellement environ 78 tonnes d’huiles essentielles destinées à l’exportation, faisant ainsi de la Tunisie le deuxième exportateur d'huile de romarin après le Maroc (API, 2003). La prise de conscience générale en faveur de la qualité de vie a suscité un regain d'intérêt pour l’installation des projets de culture biologique et de séchage de « Produits Agro-alimentaires » en Tunisie, principalement le romarin et le thym. Par conséquent, il est fort important de savoir comment sécher ces produits sans affecter leurs différentes propriétés biologiques et thérapeutiques (API, 2003). Vue sa disponibilité et ses faibles coûts, le séchage convectif est encore la méthode la plus populaire appliquée pour réduire le degré d’humidité des P.A.M, y compris le romarin. Cependant, cette méthode présente plusieurs inconvénients et des limitations par rapport à la



lyophilisation ou à un séchage par microondes. Elle exige un temps de séchage relativement long et de hautes températures. De plus, elle affecte la couleur, la composition minérale (Arslan et Ozcan, 2008), ainsi que la qualité des huiles essentielles (Piga et al., 2007). Cependant, la lyophilisation et le séchage par micro-ondes sont coûteux et ne sont adéquats que pour des produits à haute valeur ajoutée. Ainsi, le séchage à conditions variables utilisant de l'air chaud est apparu comme une méthode alternative avec d'importants avantages par rapport au séchage traditionnel par convection à conditions constantes, principalement par une conservation des molécules possédant des propriétés médicinales de l’ail, une réduction des temps de séchage et de la quantité d'énergie requise par le processus de séchage (Mendez, 2007). Ainsi, l’objectif de ce travail est d’étudier l’effet de séchage sous des températures variables croissante et décroissante sur la qualité du produit et la comparer à celles obtenues du protocole classique à températures constantes. Matériel et Méthodes Séchage du matériel végétal La cueillette de plantes du romarin frais a été effectuée dans la région du Sidi Thabet, par temps sec, en février 2012. Elles sont séchées dans des conditions aérauliques et thermiques bien contrôlées, températures (40, 50, 54, 57 et 60°C) et vitesse d’écoulement de l’air asséchant 2 m/s et pour des conditions opératoires variables : vitesse d’écoulement de l’air asséchant 2 m/s et des températures variables de façons croissante et décroissante entre 60°C et 40°C, en utilisant la soufflerie de Laboratoire des Procédés Thermiques (LPT) du Centre de Recherches et des Technologies de l'Energie (CRTEn) de Borj Cédria. Cette soufflerie, présentée par la figure 1, est une sorte de séchoir tunnel convectif fonctionnant totalement en énergie électrique.

Figure 1: Représentation schématique de la soufflerie de CRTEn:- 1: armoire électrique

-2: ventilateur – 3: bloc de résistances - 4: thermo hygromètre - 5 : anémomètre - 6: thermocouples - 7: produit - 8: chaine d’acquisition - 9: balance - 10: ordinateur.

Effet sur la couleur La mesure de la couleur des échantillons des feuilles de romarin séchées sous les différentes conditions étudiées a été effectuée en triple répétitions, en utilisant un chroma-mètre (CR-410 Konica Minolta, Japon). La couleur est définie dans l’espace colorimétrique par les coordonnées spatiales de la couleur (L, a et b) où L indique la luminosité, a indique la chromaticité du vert (-) au rouge (+) et b indique la chromaticité du bleu (-) au jaune (+) (Arslan et Özcan, 2008). L’étude de l’effet du séchage sur la couleur a été effectuée par le calcul de la différence de couleur entre les feuilles fraîches (L0, a0, b0) et les feuilles séchées (L, a, b) (Kammoun Bejar et al., 2011).

∆L = L − L�;∆a = a −a�; ∆b = b − b� (1) La différence totale de la couleur est déterminée par la relation suivante :

∆E = �(L − L�)� + (a −a�)� + (b − b�)� (2)



Effets sur la qualité des huiles essentielles Les feuilles du romarin ont été soumises à l’hydro-distillation dans un appareil de type Clevenger (Lagunez Rivera, 2006) tel que décrit dans la Pharmacopée européenne. Au cours de chaque essai, la matière végétale et l’eau distillée sont placées, dans des proportions bien déterminées (1: 2), dans un ballon de capacité d’un litre. L’ensemble est porté à l’ébullition, les vapeurs produites traversent la colonne et sortent du condenseur à l’état liquide. Après deux heures de distillation, deux phases sont observées : une phase aqueuse (eau aromatique) et une phase organique (huile essentielle) moins dense que l’eau. L'H.E. récupérée est séchée avec du sulfate de sodium anhydre et stockée à 4 °C à l'obscurité jusqu’à la réalisation des analyses. Le rendement en H.E. est exprimé en pourcentage de la matière végétale sèche. Il est calculé selon la formule suivante :

RdtHE(%) = m�.�

MS∗ 100 (3)

Avec : m�.�: masse de l’huile essentielle (g) ; MS : masse de la matière végétale sèche (g). La détermination des proportions respectives des diverses molécules est obtenue par chromatographie en phase gazeuse couplée à l’ionisation de flamme (CPG-FID : Agilent 6890N,). La CPG-FID a été réalisée sur une colonne capillaire Agilent (glycol du polyéthylène:) dont les dimensions sont : longueur: 30 m; diamètre: 25 mm; épaisseur du film: 0,25 µm. Le programme de température appliquée est de 35 °C pendant 10 min, puis une élévation de 35 à 205 °C à 3°C/min et enfin un maintien à 205°C pendant 10 min. L’injecteur est réglé à 250 °C avec un débit de l’ordre de 49,7 ml/min. Le gaz vecteur est l’hélium (débit : 1.6 ml/min). Pour chaque échantillon un volume égal à 2 µl a été injecté sous le mode split (60 :1). Les données ont étés obtenues sous forme de chromatogrammes. Effets sur l’activité anti-oxydante L’extrait méthanolique utilisé pour le dosage des polyphénols totaux et de l'activité anti-oxydante a été préparé en faisant dissoudre 2 g du produit dans 20 ml de méthanol absolu. Le mélange a été ensuite agité pendant 30 minutes, puis gardé pendant 24h à 4°C et à l’obscurité et filtré sur un papier filtre (Aidi Wannas et al., 2010). Une prise de 125 µl d'extrait convenablement dilué est ajoutée à 500 µl eau distillée et 125 µl du réactif de Folin Ciacalteu. Après une agitation instantanée et un repos de 3 min, on ajoute 1250 µl d'une solution de bicarbonate de sodium (0.7M) et 1000 µl eau distillée. On agite vigoureusement. La lecture de l’absorbance a été effectuée à l’aide d’un spectrophotomètre à une longueur d’onde de 760nm. La quantification des polyphénols a été faite en fonction d'une gamme d'étalonnage réalisée par un extrait d'étalon, l'acide gallique (acide 3,4,5-trihydroxybenzoïque, M=169 g/mol), à différentes concentrations de 25 à 500 mg/l pratiquées dans les mêmes conditions que les échantillons. Les teneurs en polyphénols sont exprimées en gramme d’équivalent d’acide gallique par 100 grammes de matière sèche (mg EAG/g MS) (Aidi Wannas et al., 2010). Le total des composés phénoliques est déterminé selon l'équation suivante :

T =CxVM

(4)

Où T est le total des composés phénoliques (mg EAG / g d’extrait sec de la plante) ; C est la concentration d’extrait méthanolique équivalente à l’acide gallique, obtenue à partir de la courbe d'étalonnage (mg/ml) ; V est le volume d'extrait méthanolique (ml) et M est le poids sec d'extrait méthanolique de la plante (g).



Résultats et discussion Effet sur la couleur Le tableau 1 détaille les valeurs des paramètres de couleur L, a et b mesurées pour les feuilles du romarin fraîches et séchées sous les différentes conditions étudiées. On remarque que le séchage diminue les valeurs de L et b et augmente la valeur de a ce qui signifie que le séchage diminue clarté et favorise le brunissement des feuilles de romarin. L’influence des diverses conditions de séchage sur la couleur des feuilles de romarin frais est significative pour les trois paramètres : L (P=1,7874E-14 <0,05), a (P= 0 <0,05) et b (P= 0 <0,05). La différence totale de la couleur ∆E confirme l’influence significative des diverses conditions sur la couleur des feuilles de romarin frais (P= 0 <0,05). Cette variation est forte pour le séchage à 60°C (∆E la plus élevée). Le changement de couleur pourrait être dû à la destruction de la chlorophylle et au brunissement non enzymatique (produit de la réaction de Maillard) qui se produit pendant le séchage et qui est favorisé aux températures de séchage élevées (Arslan et Özcan, 2008). Tableau 1: Influence de différentes conditions de séchages sur la couleur du romarin

Conditions de séchage Paramètres de couleur

∆∆∆∆E L a b

Témoin 44,5733±0,3000 a -7,7266±0,0251 a 18,3400±0,0953 a 40°C 43,6166±0,0416 b -2,1400±0,0200 b 14,8600±0,0100 b 6,6557±0,0647 a

T décroissante 41,2566±0,1625 c -1,5000±0,0173 c 13,4433±0,0115 c 8,5930±0,0870 b 50°C 40,3866±0,0950 d -0,9800±0,0360 d 13,6333± 0,0461 d 9,2347±0,1894 c

T croissante 39,4033±0,0057 e -0,9433±0,0057 d 13,3400±0,0529 c 9,8887±0,1457 d 60°C 38,9300±0,0346 f -0,7800±0,0360 e 12,7366±0,0404 e 10,5620±0,1133 e

Les résultats correspondent à la moyenne de trois répétitions ± écart-type. Les lettres différentes dans la même colonne indiquent des différences significatives au seuil de signification de 5%. Les valeurs de ∆E relatives aux séchages sous conditions variables sont inférieures au ∆E relative au séchage à 60°C. Donc, le séchage sous conditions variables provoque moins de dommages que le séchage à 60°C. Le séchage à des températures décroissantes de 60 à 40°C préserve la couleur des feuilles de romarin mieux que le séchage à 50°C. Ceci peut être expliqué par le ralentissement de la réaction de Maillard suite à la diminution de la température et la ré-humidification des feuilles. Effets sur la qualité des huiles essentielles L’effet des différents procédés de séchage sur le rendement en huile essentielles des feuilles de romarin, exprimé par rapport à la matière sèche, sont présentés par la figure 2. Les résultats obtenus montrent que les rendements sont significativement différents (p<0.05). Généralement, le séchage du matériel végétal avant la distillation augmente le rendement. Le séchage à des températures décroissantes de 60 à 40°C, le séchage à 40°C et le séchage 50°C montrent les rendements les plus élevés (respectivement, 1.99 %, 1.73 % et 1.71 %). Les feuilles séchées à 60°C (1.04 %) ont le rendement le plus bas qui n’est pas significativement différent du rendement obtenu par les feuilles fraîches (1.06 %). D’après ces résultats, on peut dire que la diminution de la teneur en eau des feuilles de romarin favorise l’extraction de l'H.E. en opposition aux hautes températures. Ces résultats sont conformes à celles trouvées pour le romarin (Blanco et al., 2002a), pour la menthe (Blanco et al., 2002b) et pour les feuilles de Laurus nobilis (Hamrouni Sellami, 2011). D'après Cremasco (2003), au début du séchage des plantes aromatiques, l'eau migre par diffusion vers la surface de la feuille et emporte l'H.E. avec elle. Ce mécanisme proposé explique l'augmentation du rendement des feuilles séchées par rapport à celles fraîches dont l'H.E. est emprisonnée dans les structures de sécrétion et n'est pas facilement accessible lors



de l'extraction. Par ailleurs, on peut dire que l'augmentation de la température de séchage favorise la migration de l'H.E. vers la surface et vue elle s'évapore d'où la baisse du rendement pour les feuilles séchées à 60°C et son augmentation pour le séchage à des températures décroissantes de 60°C à 40°C. En effet, la haute température au début du séchage fasurface, puis la baisse de la température et la réséchage, protège cette H.E. de l'évaporation.

Figure 2 : Effets des différents procédés de séchage sur le rendemromarin. Les rendements avec

Dans le but d’étudier l’effet des procédés de séchage sur la composition de l’H.E, on a comparé les H.E.s obtenues des feuilles sécidentifié 30 composés volatils. Les pourcentages relatifs des composés volatils varient significativement en fonction de procédé de séchage. Les H.E.s sont composés d’Oxyde terpénique (1,8- cinéole (33,(traces-4,866 %)), de Monoterpènes (alpha%), camphène (5,121-7,981 %), myrcène (0,09camphre (5,121-9.873 %)), de Monoterpénols (bornéol (2,531terpéniques (acétate de bornyle (2,936caryophyllène (1,907- 4,122 %)) sont détectés particulièrement dans les feuilles séchées.On a remarqué que la composition de l’H.E.norme AFNOR NF ISO 4730 %) < (1-2%). La raison de ce décalage peut être liée à la saison de récolte de la plante. Danscette étude, nous avons utilisé le romarin d’hiver, au stade végétatif. Habituellement, on extrait l’H.E. des sommets aériens fleuris (feuilles, fleurs et branches) cueillies du printemps à automne tardif (Szumny et composition de l’H.E : des composés disparaissent (3apparaissent (δ-Terpinéol, β-parait que l’apparition de nouveaux composés et en corrélationde la température. Le séchage à 60°C peut causer une oxydation et un réarrangement des composés chimiques d’où la disparition de certains composés et l’apparition d’autres. Ce phénomène a été observé lors de l’étude de l’effetcomposition de l’H.E de Laurus nobilis L'étude de l’effet de méthode de séchage sur la composition du romarin espagnolal. (2010) ont identifié 34 composés appartenant majoritairement aux Monoterpènes.

0,5

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%)



de l'extraction. Par ailleurs, on peut dire que l'augmentation de la température de séchage favorise la migration de l'H.E. vers la surface et vue sa composition chimique et sa volatilité, elle s'évapore d'où la baisse du rendement pour les feuilles séchées à 60°C et son augmentation pour le séchage à des températures décroissantes de 60°C à 40°C. En effet, la haute température au début du séchage favorise la migration du maximum d’H.E. vers la surface, puis la baisse de la température et la ré-humidification des feuilles vers la fin du séchage, protège cette H.E. de l'évaporation.

Figure 2 : Effets des différents procédés de séchage sur le rendement en H.E.romarin. Les rendements avec des indices différents (a-d) indiquent des di

significatives (α = 5%).

Dans le but d’étudier l’effet des procédés de séchage sur la composition de l’H.E, on a comparé les H.E.s obtenues des feuilles séchées, avec celle extraite des feuilles fraîches. On a identifié 30 composés volatils. Les pourcentages relatifs des composés volatils varient significativement en fonction de procédé de séchage. Les H.E.s sont composés d’Oxyde

cinéole (33,467- 43,141 %), α-terpineol (0,517- 0,604 %), terpinèn4,866 %)), de Monoterpènes (alpha-pinène (8,771-12,446 %), β-pinène (6,651

7,981 %), myrcène (0,09- 0,114 %)), de Monoterpénones (cétones : %)), de Monoterpénols (bornéol (2,531-3,336 %)) et d’Esters

terpéniques (acétate de bornyle (2,936- 0,953%)). Les Sesquiterpènes hydrocarbonés (4,122 %)) sont détectés particulièrement dans les feuilles séchées.composition de l’H.E. extraite des feuilles fraîches ne satisfait pas la

: α-terpineol (0,517- 0,604 %) < (-2.6%), myrcène (0,092%). La raison de ce décalage peut être liée à la saison de récolte de la plante. Dans

cette étude, nous avons utilisé le romarin d’hiver, au stade végétatif. Habituellement, on extrait l’H.E. des sommets aériens fleuris (feuilles, fleurs et branches) cueillies du printemps à automne tardif (Szumny et al., 2010). Le procédé de séchage emplo

: des composés disparaissent (3-octanol, 1-octen 3-Caryophyllène, Verbénone, Linalool). Selon ces résultats, il

parait que l’apparition de nouveaux composés et en corrélation avec le temps l’augmentation de la température. Le séchage à 60°C peut causer une oxydation et un réarrangement des composés chimiques d’où la disparition de certains composés et l’apparition d’autres. Ce phénomène a été observé lors de l’étude de l’effet de la méthode de séchage sur la

Laurus nobilis (Hamrouni Sellami, 2011). L'étude de l’effet de méthode de séchage sur la composition du romarin espagnol

(2010) ont identifié 34 composés appartenant majoritairement aux Monoterpènes.

0

0,5

1

1,5

2

1,06 a

1,73 b 1,71 b

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1,99 c

1,39 d

Procédés de séchages


258

de l'extraction. Par ailleurs, on peut dire que l'augmentation de la température de séchage sa composition chimique et sa volatilité,

elle s'évapore d'où la baisse du rendement pour les feuilles séchées à 60°C et son augmentation pour le séchage à des températures décroissantes de 60°C à 40°C. En effet, la

vorise la migration du maximum d’H.E. vers la humidification des feuilles vers la fin du

ent en H.E. du

indiquent des différences

Dans le but d’étudier l’effet des procédés de séchage sur la composition de l’H.E, on a hées, avec celle extraite des feuilles fraîches. On a

identifié 30 composés volatils. Les pourcentages relatifs des composés volatils varient significativement en fonction de procédé de séchage. Les H.E.s sont composés d’Oxyde

0,604 %), terpinèn-4-ol pinène (6,651-10,063

0,114 %)), de Monoterpénones (cétones : 3,336 %)) et d’Esters

0,953%)). Les Sesquiterpènes hydrocarbonés (β-4,122 %)) sont détectés particulièrement dans les feuilles séchées.

extraite des feuilles fraîches ne satisfait pas la 2.6%), myrcène (0,09- 0,114

2%). La raison de ce décalage peut être liée à la saison de récolte de la plante. Dans cette étude, nous avons utilisé le romarin d’hiver, au stade végétatif. Habituellement, on extrait l’H.E. des sommets aériens fleuris (feuilles, fleurs et branches) cueillies du printemps à

Le procédé de séchage employé influence la octen 3-ol) et d’autres

Caryophyllène, Verbénone, Linalool). Selon ces résultats, il avec le temps l’augmentation

de la température. Le séchage à 60°C peut causer une oxydation et un réarrangement des composés chimiques d’où la disparition de certains composés et l’apparition d’autres. Ce

de la méthode de séchage sur la

L'étude de l’effet de méthode de séchage sur la composition du romarin espagnol, Szumny et (2010) ont identifié 34 composés appartenant majoritairement aux Monoterpènes.



Comparant nos résultats à celles trouvées par ces auteurs, certaines différences dans la composition volatile de l’H.E. du romarin ont été détectées. Ces différences peuvent êtrà l’origine géographique. De plus, la composition des H.E. extraites des différentes parties d’une plante ne sont pas nécessairement identiques (Bozin et avons étudié a été extraite des feuilles seulement et celle étudextraite des feuilles, des branches et des tiges. Effets sur l’activité anti-oxydante L’effet des différents procédés de séchage étudiés sur la teneur en polyphénols totaux (PT) des feuilles du romarin est illustré par provenant des divers procédés est statistiquement confirmée (p < 0.05).

Figure 3 : Effet des différentes températures de séchage sur la teneur en polyphénols totaux et l’activité antioxydante to

des différences significatives ( Les feuilles fraîches ont les activités les plus élevées (PT = 81,081 ± 0,04 mg EAG/g MS). La teneur en polyphénols totaux est largement supérieure à celle trouvée par Muchuweti et (2007). Ils ont estimé la PT 10,83 mg EAG/g pour l’extrait sec du romaritravaillaient. Comparées au matériel végétal frais, les feuilles séchées ont des activités faibles. Lors de séchage, les différents organites cellulaire se rassemblent et adhèrent à la paroi cellulaire vue l’absence de l’eau, ce qui rend lBejar et al., 2011). On remarque que l’augmentation de la température de séchage et la diminution du temps du procédé préserve la haute teneur en PT (PT = 55,221 ± 0,03 à 60°C). Les faibles températures couplées acomposés phénoliques. Des résultats similaires ont été observés pour la teneur en polyphénols totaux lors l’effet de séchage par IR des feuilles des oranges maltaises (Kammoun Bejar et 2011). Conclusion Ce travail a permis d’étudier l’impact de séchage sous des conditions stables et sous des conditions variables sur la qualité des feuilles du romarin.La mesure de la couleur a montré un changement de celle-ci. Ce changement est minimal pour le séchage souvariables. L’extraction de l’H.E. augmente sous l’effet de séchage. Le rendement le plus élevé est obtenu pour les feuilles séchées sous des températures décroissantes. L’analyse de l’H.E. a décelé un changement de sa composition. La mesure deconclure que l’augmentation de la température préserve cette propriété. Elle reste toutefois inférieure à celle du produit frais. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail montrent

0

50

100

mg

EA

G/g

MS



Comparant nos résultats à celles trouvées par ces auteurs, certaines différences dans la composition volatile de l’H.E. du romarin ont été détectées. Ces différences peuvent êtrà l’origine géographique. De plus, la composition des H.E. extraites des différentes parties d’une plante ne sont pas nécessairement identiques (Bozin et al., 2010), or l’H.E. que nous avons étudié a été extraite des feuilles seulement et celle étudiée par Szumny et extraite des feuilles, des branches et des tiges.

oxydante L’effet des différents procédés de séchage étudiés sur la teneur en polyphénols totaux (PT) des feuilles du romarin est illustré par la figure 3. La différence entre les activités des feuilles provenant des divers procédés est statistiquement confirmée (p < 0.05).

: Effet des différentes températures de séchage sur la teneur en polyphénols totaux et l’activité antioxydante totale du romarin. Les indices différents (a

des différences significatives (α = 5 %).

Les feuilles fraîches ont les activités les plus élevées (PT = 81,081 ± 0,04 mg EAG/g MS). La teneur en polyphénols totaux est largement supérieure à celle trouvée par Muchuweti et (2007). Ils ont estimé la PT 10,83 mg EAG/g pour l’extrait sec du romari

Comparées au matériel végétal frais, les feuilles séchées ont des activités faibles. Lors de séchage, les différents organites cellulaire se rassemblent et adhèrent à la paroi cellulaire vue l’absence de l’eau, ce qui rend l’extraction par solvant difficile (Kammoun

On remarque que l’augmentation de la température de séchage et la diminution du temps du procédé préserve la haute teneur en PT (PT = 55,221 ± 0,03 à 60°C). Les faibles températures couplées aux longues durées de séchage peuvent détruire certains composés phénoliques. Des résultats similaires ont été observés pour la teneur en polyphénols totaux lors l’effet de séchage par IR des feuilles des oranges maltaises (Kammoun Bejar et

Ce travail a permis d’étudier l’impact de séchage sous des conditions stables et sous des conditions variables sur la qualité des feuilles du romarin.La mesure de la couleur a montré un

ci. Ce changement est minimal pour le séchage souvariables. L’extraction de l’H.E. augmente sous l’effet de séchage. Le rendement le plus élevé est obtenu pour les feuilles séchées sous des températures décroissantes. L’analyse de l’H.E. a décelé un changement de sa composition. La mesure des activités anti-oxydantes a permis de conclure que l’augmentation de la température préserve cette propriété. Elle reste toutefois inférieure à celle du produit frais. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail montrent

a

b b

c df

Procédés de séchages


259

Comparant nos résultats à celles trouvées par ces auteurs, certaines différences dans la composition volatile de l’H.E. du romarin ont été détectées. Ces différences peuvent être dues à l’origine géographique. De plus, la composition des H.E. extraites des différentes parties

, 2010), or l’H.E. que nous iée par Szumny et al.(2010) a été

L’effet des différents procédés de séchage étudiés sur la teneur en polyphénols totaux (PT) la figure 3. La différence entre les activités des feuilles

: Effet des différentes températures de séchage sur la teneur en polyphénols

tale du romarin. Les indices différents (a-f) indiquent

Les feuilles fraîches ont les activités les plus élevées (PT = 81,081 ± 0,04 mg EAG/g MS). La teneur en polyphénols totaux est largement supérieure à celle trouvée par Muchuweti et al (2007). Ils ont estimé la PT 10,83 mg EAG/g pour l’extrait sec du romarin sur lequel ils

Comparées au matériel végétal frais, les feuilles séchées ont des activités faibles. Lors de séchage, les différents organites cellulaire se rassemblent et adhèrent à la paroi

’extraction par solvant difficile (Kammoun On remarque que l’augmentation de la température de séchage et la

diminution du temps du procédé préserve la haute teneur en PT (PT = 55,221 ± 0,03 à 60°C). ux longues durées de séchage peuvent détruire certains

composés phénoliques. Des résultats similaires ont été observés pour la teneur en polyphénols totaux lors l’effet de séchage par IR des feuilles des oranges maltaises (Kammoun Bejar et al.,

Ce travail a permis d’étudier l’impact de séchage sous des conditions stables et sous des conditions variables sur la qualité des feuilles du romarin.La mesure de la couleur a montré un

ci. Ce changement est minimal pour le séchage sous conditions variables. L’extraction de l’H.E. augmente sous l’effet de séchage. Le rendement le plus élevé est obtenu pour les feuilles séchées sous des températures décroissantes. L’analyse de l’H.E. a

oxydantes a permis de conclure que l’augmentation de la température préserve cette propriété. Elle reste toutefois inférieure à celle du produit frais. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail montrent

PT



l’intérêt du séchage des feuilles du romarin sous des températures décroissantes de 60°C à 40°C. Références bibliographiques Aidi Wannes W., Mhamdi B., Sriti J., Ben Jemia M., Ouchikh O., Hamdaoui G., Kchouk M. E. et

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Muchuweti M., Kativu E., Mupure C. H., Chidewe C., Ndhlala A. R. et Benhura M. A. N. 2007. Phenolic composition and antioxidant propreties of some species. American journal of food technolgy, vol. 2, n°5: 414-420.

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Szumny A., Figiel A., Gutierrez-Ortiz A., Carbonell-Barrachina A. A.,2010.Composition of rosemary essential oil (Rosmarinus officinalis) as affected by drying method. Journal of Food Engineering , n°97: 253–260.



DETERMINATION EXPERIMENTALE DES ISOTHERMES DE SORPTION DE L’HUMIDITE DES FEUILLES DU CAPRIER

(CAPPARIS SPINOSA.L).

NASFI NADIA, GHODBANE HOUDA ET BAGANE MOHAMED

Unité de Recherche : Thermodynamique Appliquée, Laboratoire des interactions Fluides Milieux Poreux ENI Gabés

[email protected]

Résumé Afin de permettre aux plantes de conserver leur stabilité physique, chimique et biologique pendant le stockage il faut bien étudier le procédé de séchage. Dans cette étude on se propose de déterminer les isothermes de sorption des feuilles du Capparis spinosa.L à différentes températures en utilisant la méthode gravimétrique statique. Les résultats obtenus sont exploités pour déterminer les chaleurs de sorption. Les chaleurs isostériques de désorption sont supérieures aux chaleurs isostériques d’adsorption. Mots clés : Séchage, Isothermes de sorption, Capparis spinosa.L, chaleurs isostériques de sorption. I. Introduction Les plantes médicinales gagnent de plus en plus de l’importance dans la vie humaine. En effet, elles sont utilisées aussi bien pour se nourrir et se soigner. Afin de maitriser le procédé de séchage de ses plantes on doit déterminer les isothermes de sorption. La détermination de ces isothermes peut se faire par deux méthodes [1]. A savoir :

- Méthode dynamique. - Méthode gravimétrique.

Dans le présent travail on a déterminé les isothermes d’adsorption-désorption des feuilles du Capparis spinosa.L provenant de la région de Gabès. La méthode utilisée dans ce travail est la méthode gravimétrique. Les isothermes de sorption sont déterminées à trois températures différentes : 40°C, 50°C et 60°C. Après avoir déterminé les isothermes de sorption on a déterminé les chaleurs isostériques de sorption. II. Présentation de Capparis Spinosa.L Le câprier, dont le nom scientifique est Capparis spinosa.L est une plante vivace arbustive très répandue dans les pays du bassin méditerranéen. Cette plante est cultivée pour ses boutons floraux appelés câpres. Le Maroc est actuellement le premier producteur et exportateur de câpres dans le bassin méditerranéen et dans le monde. Le câprier est doté de multiples racines qui le fixent profondément dans le sol et aussi sur les supports tels les rochers et les murs qu’il colonise. La floraison débute au mois de mai et dure 5 mois. Les boutons floraux avant éclosion, de couleur verte olive se cueillent dès avril. Les plus petits boutons renferment un arôme plus accentué et une saveur plus raffinée. En médicine, cette plante est utilisée comme analgésique, pour le traitement des infections gastro-intestinales et comme diurétique. Elle est utilisée également comme laxatif et pour stimuler l'appétit. La plante étudiée dans ce travail provient de la région de Gabès.



III. Définition des grandeurs utilisées et protocole expérimental III.1. Définition des grandeurs utilisées a- Teneur en eau [2] Tout produit qu’il soit d’origine végétale, animale ou minérale contient de l’eau. Comme pour l’air humide, on définit l’humidité ou teneur en eau du produit par :

�é� =��

�� (1)

Avec Xéq : teneur en eau ; Me : masse d’équilibre thermodynamique ; Ms : masse sèche. b- Activité de l’eau Si le produit est en équilibre hygroscopique avec l'air qui l'entoure, l'activité de l'eau, aw, est identique à l'humidité relative d'équilibre, HR (aw = HR). aw est définie comme suit :

� =��

��=

�(%)

�� (2)

Avec : Pvp : pression partielle de vapeur d’eau dans l’air ; Pvs : pression partielle de vapeur saturante. III.2. Protocole expérimental [3] Dans le présent travail, on se propose de déterminer expérimentalement, par la méthode gravimétrique et à différentes températures (40°C, 50°C et 60°C), les isothermes d’adsorption-désorption des feuilles de Capparis spinosa.L. Le matériel utilisé comporte une étuve, un bain thermostaté, des séries des portes échantillons et des erlenmeyers et une balance de précision. Le protocole expérimental consiste, en premier, à préparer des solutions des sels saturés. Ces dernières sont préparées dans des erlenmeyers à fermetures étanches de 50 ml chacun, placés dans un bain thermostaté dont la température est fixée à la valeur désirée. Le tableau n°1, regroupe les activités de l’eau pour les différentes solutions considérées en fonction de la température.

Tableau 1 : Activité de l’eau des solutions salines saturées [5] KOH LiCl MgCl2 K2CO3 NaBr COCl2 KI NaNO3 NaCl BaCl2 KCl K2SO4

40°C 0,063 0,112 0,316 0,423 0,532 0,555 0,6609 0,71 0,747 0,8910 0,823 0,964

50°C 0,057 0,111 0,305 0,456 0,509 0,500 0,6449 0,6904 0,744 0,8823 0,812 0958

60°C 0,055 0,11 0,293 0,45 0,497 0,467 0,6311 0.6735 0.745 0.8728 0.803 0,957

Par la suite on pèse l’échantillon de départ, qu’on place dans un porte échantillon suspendu au dessus de la solution saturée. Le suivi de l’équilibre se fait à travers la mesure de la masse de l’échantillon. L’équilibre est considéré atteint lorsque la différence entre deux mesures consécutives est inférieure ou égale à 0,001g. Les masses sèches sont déterminées en plaçant l’échantillon dans l’étuve à 105°C pendant 24 h. IV. Résultats et discussions IV.1. Isothermes de sorption Après avoir déterminé les teneurs en eau à l’équilibre pour différentes valeurs de l’activité, on a déterminé les isothermes de sorption des feuilles du Capparis spinosa.L. La figure n°1 illustre les isothermes de désorption obtenues pour les feuilles de Capparis spinosa.L aux températures 40°C, 50°C et 60°C. La figure n°1 montre que pour une activité de l’eau constante, plus la température augmente plus la teneur en eau d’équilibre diminue donc on peut dire que la teneur en eau d’équilibre



augmente inversement avec la température et aussi pour une température constante, on remarque que la teneur en eau d’équilibre augmente avec l’activité de l’eau. Selon la classification de BET, les isothermes de désorption obtenues pour les feuilles de Capparis spinosa L sont de type II. La figure n°2 présente les isothermes d’adsorption pour les feuilles de Capparis spinosa.L aux températures 40°C, 50°C et 60°C.

Figure n°1: Isothermes de désorption des feuilles de Capparis Spinosa.L.

Figure 2 : Isothermes d’adsorption des feuilles de Capparis Spinosa.L.

L’examen de la figure n°2 fait ressortir que les isothermes d’adsorption de la plante étudiée sont également de type II selon la classification de BET. L'effet de la température à la fois sur les isothermes d'adsorption et de désorption pour la gamme complète des activités de l'eau (aw) a été remarqué. La teneur en eau (Xéq) augmente avec la diminution de la température à une activité de l’eau constante. Ce comportement peut être expliqué en considérant les états d'excitation des molécules d'eau. En effet, pour des températures élevées, les molécules sont dans un état d'excitation augmenté. Cela conduit à une diminution du degré de sorption de l'eau à une activité d'eau donnée en augmentant la température. En outre, à une température constante, la teneur en eau augmente avec l'activité. La figure n°3, regroupe les isothermes d’adsorption-désorption des feuilles du Capparis spinosa.L à T = 40°C. Comme on peut le voir sur la figure n°3 pour une même activité de l'eau, les teneurs en eau de l’équilibre en cas d’adsorption sont inférieures à celles obtenues en cas de désorption. Ceci mais en évidence le phénomène d’hystérésis. IV.2. Chaleurs isostériques de sorption [5] Il est possible de calculer la chaleur isostérique de sorption (Qst) qui représente l’énergie de

0

1

2

3

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

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T=40°C

T=50°C

T=60°C



fixation de l’eau au substrat et donc la chaleur supplémentaire à la chaleur de vaporisation de l’eau pure nécessaire pour déshydrater le produit. Qst peut être calculée en utilisant les courbes de sorption obtenues à différentes températures en se basant sur l’équation de Clausius-Clapeyron [6]. La figure n° 4, représente les variations de la chaleur de sorption en fonction de la teneur en eau d’équilibre obtenues pour les feuilles de la plante étudiée.

Figure 3: Isothermes d’adsorption-désorption des feuilles de Capparis Spinosa.L à T = 40°C

Figure n°4 : Chaleurs isostériques de sorption des feuilles du Capparis spinosa.L.

Comme le montre la figure n°4, la chaleur isostérique de sorption est élevée, à faible teneur en eau d’équilibre et ensuite elle diminue pour atteindre des valeurs presque constantes de teneur en eau. Ceci peut être dû au fait que pour des faibles teneurs en eau on a une plus grande résistance à la circulation de l’eau à l’intérieur vers la surface de l’échantillon. Il peut aussi être vu que la chaleur isostérique de désorption est supérieure à celle de l’adsorption. Ce fait indique que l’énergie nécessaire dans le processus de désorption est supérieure à celle dans le processus d’adsorption. V.Conclusions L’étude expérimentale effectuée dans le cadre de ce travail nous a permis de déterminer les isothermes de sorption des feuilles du Capparis spinosa.L. Les résultats expérimentaux confirment que la teneur en eau à l’équilibre est inversement proportionnelle à la température pour une même activité de l’eau et que pour la même température cette teneur croit si on augmente l’activité. Ces résultats mettent également en évidence le phénomène d’hystérésis pour une même température. A l’issu de ce travail on a pu conclure que les isothermes d’adsorption-désorption des feuilles du Capparis spinosa.L sont de type II selon la classification de BET. Ceci nous permet de conclure que les feuilles de la plante étudiée sont non poreux ou macroporeux. Ayant les isothermes d’adsorption-désorption des feuilles des deux plantes, on a pu déterminer les chaleurs de sorption correspondantes. On a trouvé que les chaleurs isostériques de désorption sont supérieures à celle d’adsorption.

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1

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Xéq (g/100g MS)

Désorp

tion



Bibliographie [1] Ghodbane.H, Ramdane.M et Bagane.M, Effect of convective drying of Myrtus Communis on the Yield and quality of essential oil, Research Journal of Medicinal plant, (2012). [2] Touati.B, Etude théorique et expérimentale du séchage solaire des feuilles de la menthe verte (Mentha viridis), Thése ,(2008). [3] Kouhila.M, Belghit.A, Daguenet.M, Boutaleb.B.C, Experimental determination of the sorption isotherms of mint (Mentha viridis), sage (salvia officinalis) and verbena (Lippia citriodora), Journal of food Engineering, (2001). [4] Y.Jannot, « Isothermes de sorption : modèles et détermination », (2008). [5] Kammoun Bejar. A, Boudhrioua Mihoubi. N, Kechaou N, Moisture sorption isotherms- Experimental and mathematical investigations of orange (Citrus sinensis) peel and leaves, Food chemistry (2011). [6] Bahloul.N, Boudhria.N, Kechaou.N, Moisture desorption-adsorption isotherms and isosteric heats of sorption of Tunisian olive leaves (Olea europaea L.), Industrial crops and products, (2008), 162-176.



EFFET DE SECHAGE SUR LA TENEUR EN HUILES ESSENTIELL ES DE WARIONIA SAHARAE

A. FEDOL & A.CHERITI

Laboratoire de Phytochimie et de Synthése Organique, Université de Bechar. Algerie.

[email protected]

Résumé Dans le cadre des recherches entreprises par notre laboratoire de phytochimie et de synthèse organique (LPSO) sur la valorisation des plantes médicinales du sud ouest algérien et afin d’envisager l’effet de séchage sur les caractéristiques quantitative et qualitatives des métabolites secondaires (huiles essentielles) de Warionia Saharae plante endémique saharienne .le séchage des feuilles de Warionia Sahareae sous les condition climatique de température qui varie de 13à 39 °C et le taux d'humidité journalière varie de 13 à 16.98 % au cours de la période du séchage ainsi que la vitesse de vent entre 8.2a 9 km/h permet de déterminer La teneur en eau du matériel végétal qui diminue au cours du séchage. Elle passe de 57.62 à 20.19 % au séchage à l’ombre (au couloir de laboratoire) au bout de treizième jours. Le taux d'humidité devient pratiquement constant à la fin de la période de séchage. Le séchage augmente la concentration en huiles essentielles. Lorsque les feuilles subissent un séchage à l’ombre, le maximum de la teneur est obtenu au neuvième jour (soit 0,84 %). Au-delà de cet période, la teneur chute de façon continue avant de se stabiliser L'augmentation de la concentration en huiles essentielles exprimée en poids de matière sèche pendant les premiers jours de séchage s'expliquerait par une activité physiologique (réactions enzymatiques) importante. La biosynthèse des huiles essentielles continue et s'accélère après la récolte du matériel végétal en réponse au stress hydrique. Sa diminution après sept et neuf jours de séchage serait due à la réduction ou l'arrêt de l'activité enzymatique causant la mort des cellules suite à une forte déshydratation. Introduction On observe aujourd’hui, un grand intérêt pour la valorisation des plantes médicinales et de la conservation de l’environnement. deux point essentiels qui peuvent répondre au besoin du pays, pour l’inventaire des ressources médicinales naturelles, pour une gestion rationnelle de l’énergie et pour établir une meilleure connaissance scientifique et technique dans le domaine, se qui conduit évidemment a trouver des solution aux questions des jeux énergétiques, environnementaux actuels et de contribuer a un développement durable .ainsi, de nombreux travaux sur les techniques de séchage et de la valorisation des plantes médicinales. Dans le cadre des recherches entreprises par notre laboratoire de phytochimie et de synthèse organique(LPSO) sur la valorisation des plantes médicinales du sud ouest algérien et afin d’envisager l’effet de séchage sur les caractéristiques quantitative des métabolites secondaires (huiles essentielles) de Warionia Saharae plante médicinales endémique saharienne, utilisée comme un anti inflammatoire et dans le traitement des trouble gastro-intestinale [1]. Matériel et méthodes Les feuille de Warionia Saharae cueillis, utilisés pour cette étude proviennent de la région de sud ouest algérien (djebel Anter ,wilaya de Bechar) dans le période de mai 2012. A leur réception au laboratoire, les feuilles de warionia sahareae ont été soumis un séchage a l’ombre (au couloir de laboratoire) sous les conditions climatique de température qui varie de 13à 39 °C et le taux d'humidité journalière varie de 13 à 16.98 % ainsi que la vitesse de vent



0

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Evolution de taux d'humidité au cours de séchge de Waroinia Sahareae

0

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Evolution de la teneurs en huiles essentielles au cours de séchage de

Waroinia Sahreae

entre 8.2a 9 km/h .Au cours du séchage, des échantillons sont prélevés à des temps différents pour suivre l’évolution de la quantité d’huile extraite. Protocole d'extraction L’hydrodistillation des feuilles de Warionia Sahareae a été accomplie à l’aide d’un dispositif de type Clevenger [2] (Fig.2). La vapeur condensée obtenue conduit à une phase organique (huile essentielle) qui est séparée de l’hydrolat par décantation et à laquelle on ajoute du sulfate de magnésium (MgSO4) pour éliminer les traces d’eau. Les rendements sont exprimés par rapport à la matière sèche. Fig1 : Feuilles de warionia sahareae Fig.2: Montage d'hydrodistillation (Clevenger). Résultats et discussion L'analyse de la figure 3 montre qu'au cours de séchage, la teneur en eau diminue progressivement puis devient pratiquement constante. Ainsi, elle passe de 57.62 à 20.14 % et que la courbe de séchage se constitue de deux phases [3]: - La phase I : du début du séchage jusqu'au cinquième jour. - La phase II : 5-13 jours de séchage. Fig 3 : Courbe d’évolution de taux d’humidité fig 4 : courbe d’évolution de la teneur en au cours de séchage huiles essentielles au cours de séchage La figure 4 représente la variation de la teneur en huiles essentielles en fonction du temps du séchage. La concentration en huiles essentielles au début de séchage environ de 0.3g pour une teneur en humidité égale a 57.62% Ce faible rendement d’extraction peut s’expliquer d’une part par la forte hydratation des feuilles et d’autre part par la présence des substances colloïdales [4] . Le maximum de la teneur en huiles essentielles est obtenu au neuvième jour de séchage 0.84g pour une teneur en humidité de 20.15% L'augmentation de la teneur en huiles essentielles pendant les premiers jours de séchage est proportionnelle à la diminution du taux d'humidité. puis chute pour tendre à se stabiliser à la fin du séchage.



Les résultats concernant l'effet du séchage sur la qualité chimique des huiles essentielles des feuilles de Warionia Saharae sont comparables avec ceux trouvés pour Thuya de Berberie [5], l'Eucalyptus camaldulensis du Maroc[6]. Tableau 1 : Influence du séchage sur le rendement d’extraction des huiles essentielles Conclusion Les résultats obtenus montrent d’une manière significative l’effet de séchage sur le rendement d’extraction des huiles essentielles pendant une période de 13 jours ou on a observé l'augmentation de la concentration en huiles essentielles au cours des premiers jours de séchage s'expliquerait par une activité physiologique (réactions enzymatiques) importante. La biosynthèse des huiles essentielles continue et s'accélère après la récolte du matériel végétal en réponse au stress hydrique [7]. Le meilleur rendement d’extraction 0.84% s’obtient pour une teneur en eau égale à 20.15%. La diminution de la teneur en huiles essentielles a la fin de la période de séchage serait due à la réduction ou l'arrêt de l'activité enzymatique causant la mort des cellules suite à une forte déshydratation [6]. Références bibliographiques [1] :Bellakhdar, J. La pharmacopée marocaine traditionnelle, Médecine arabe ancienne et savoirs populaires, Ibis press(1997). p. 208. [2] :CLEVENGER JF. « Apparatus for volatile oil determination,Description of New Type ». American Perfumer & Essential Oil Review, 1928, 467-503. [3] :J.J.Bimbenet et al,1984,air drying kinetics of biological particles, In R.Toei & A.S. Mujumdar (Eds) procceding of fourth international drying symposium, Kyoto, Japon. [4] :G.B. Noumi et al ,Effets du séchage sur le rendement et la qualité de l’huile extraite de la pulpe de safou.Tropicultura, 2011, 29, 3, 138-142 [5] :M. Bourkhiss, M. Hnach, B. Bourkhiss, M. Ouhssine, A. Chaouch et B. Satrani, Effet de séchage sur la teneur et la composition chimique des huiles essentielles de Tetraclinis articulata (Vahl) Masters. Agrosolutions. Septembre 2009 Vol. 20 No 1. [6] :S .Zrira,.B. Benjillali. Effect of drying on leaf oil production of Morrocan Eucalyptus camaldulencis. J. Ess. Oil. Res. 1991. 3(2) 117-118. [7] :S. Zrira,.B. Benjillali. Effet du séchage à l' air libre des feuilles d'E. camaldulensis sur le rendement et la composition de l'huile essentielle. Actes Inst. Agron.Veto (Maroc) 1995, Vol. 15 27-35.

Durée de séchage Teneur en humidité Teneur en huile essentielle 0 57,62 0.3 1 55,93 / 2 42,65 / 3 35,75 0.45 4 27,2 / 5 22,11 / 6 20,19 0.65 7 20,19 / 8 20,15 / 9 20,15 0.84 10 20,14 / 11 20,14 / 12 20,14 0.4



ISOTHERME DE DESORPTION ET ETUDE DE L’EFFET DES CONDITIONS DE SECHAGE SUR LA QUANTITE ET LA QUALITE

DE L’HUILE DES PEPINS DE FIGUE DE BARBARIE

E. BETTAIEB2; L. HASSINI1; A. TOUIL2 ; G. HAMDAOUI3 ; Z. BEN SALMA4 ; A. El CAFSI1

1 Laboratoire d’Energétique et des Transferts Thermique et Massique, Faculté des sciences de Tunis

2 Institut Supérieur des Sciences et Technologies de l’Environnement, Technopôle de Borj Cédria, 1003 Hammam-Lif, Tunisie

3 Laboratoire Substances Bioactives du Centre Biotechnologique, Technopole de Borj Cedria

4 Huilerie Ben Selma, Entreprise Familiale, El knais Sousse

[email protected]

Résumé : L'objectif de ce travail, est de déterminer les isothermes de désorption des pépins de figues de Barbarie et d’étudier, selon un plan d’expérience, l’effet du séchage convectif sur la quantité et la qualité de l’huile de ce produit (concentration en α-tocophérol). Les isothermes de désorption, permettant de faire des prévisions sur le comportement du produit lors de son traitement. Ces isothermes ont été déterminées à deux différentes températures 60°C et 70°C. En effet les essais de séchage, qui précédent l’opération d’extraction, ont été réalisées dans une gamme de température allant de 45 à 70°C, d’humidité relative allant de 15 à 35% et de vitesse d’air variant de 1 à 2 m/s. L’unité de séchage utilisée est une boucle instrumentée dont les paramètres de l’air sont contrôlés. Pour chaque essai de séchage, l’analyse chromatographique par HPLC de l’huile extraite, nous a permis de chercher la condition de séchage optimale, garantissant un séchage rapide tout en gardant le maximum de qualité et de quantité de d'huile produite à travers la concentration en α-tocophérol. Mots clés : Pépins de figue de Barbarie, Isothermes de désorption, séchage, α-tocophérol, optimisation du procédé d’extraction.

I. Introduction Les pépins de figue de Barbarie ‘Opuntia ficus indica’ constituent 35% du poids du fruit [1]. Ces pépins ont une valeur nutritive importante et ils constituent une source de production d’une huile très onéreuse par rapport à toutes les autres espèces d’huiles et qui a des répercussions directes sur la santé [2].Le séchage des pépins de figue de Barbarie est une opération recommandée pour une stabilisation du produit pour l’extraction de son huile. D’après la littérature, cette technique à un effet positif sur la qualité et la quantité de l’huile extraite [3].En effet dans cette étude on s’intéresse à étudier dans la première partie les isothermes de désorption. Ces isothermes ont été déterminées par la méthode gravimétrique statique où le contrôle de l’humidité relative est assuré par contact avec des solutions saturées de sel et par la suite la deuxième partie sera consacrée à l’étude de l’effet des conditions de séchage convectif, à savoir : la température, la vitesse et l’humidité relative de l’air de

Nomenclature T : température de séchage (°C) HR : humidité relative de l’air (%) V : vitesse de l’air asséchant (m/s) X =-dX/dt : vitesse de séchage (kg/kg de MS/s) Xeq : teneur en eau d’équilibre (kg/kg de MS) Xt : vitesse initiale de séchage (kg /kg de MS/s) K, a, b et g : constantes du modèle Xr : teneur en eau relative



séchage sur la qualité et la quantité des huiles fixe extraite. Les essais de séchage ont été établis en couche mince de pépins, sous différentes conditions climatiques. La condition de séchage optimale, a été sélectionnée suite à une analyse du composé α-tocophérol par la méthode HPLC. II. MATERIELS ET METHODES 1. Isothermes de desorption

� Mode opératoire Les isothermes de désorption des pépins de figue de Barbarie ont été déterminées en utilisant la méthode gravimétrique statique. Cette méthode assure la régulation de l’humidité relative par contact avec des solutions saturées de sel, au-dessus desquelles la pression de vapeur d’eau, à température donnée, est parfaitement connue [4] [5]. Les sels utilisés sont : Na OH, KOH, Mg Cl2, Bacl2, k2 CO3 et Na Br. Ces sels en solutions saturées permettent de couvrir une large gamme d’humidité relative allant de 5 à 90%. Le dispositif expérimental utilisé, comporte une étuve réglable en température, remplie de 6 bocaux contenant les différentes solutions salines. Les expériences de désorption ont été menées à 60°C et 70°C. Les échantillons, sous forme de lots de 2g environ chacun, sont disposés sur des petits couvercles en aluminium. Ces derniers sont suspendus à l’aide des nacelles de cuivre fixées aux couvercles des bocaux sans contact avec les solutions. Les échantillons ont été pesés tous les cinq jours, l’équilibre thermodynamique a été obtenu lorsque la variation entre deux pesées consécutives a été inférieure à 1%. Les échantillons sont ensuite introduits dans une étuve à 105°C pendant 24 h afin de déterminer leurs masses sèches. La différence de masse avant et après dessiccation détermine la teneur en eau d’équilibre. 2. CINETIQUE DE SECHAGE 2.1. Présentation de la boucle de séchage L’unité de séchage utilisée dans ce travail est une soufflerie climatique, à grille horizontale, fonctionnant en boucle fermée, qui a été conçue et réalisée dans le LETTM [6]. Elle permet de couvrir les gammes de température, vitesse de l’air et humidité relative couramment employées dans les procédés de séchage convectif à basse et moyenne température. Une photo réelle de cette soufflerie est présentée sur la figure 1. 1-Veine d’essai 2- Système d’acquisition 3-Balance 4- Ventilation 5- Batterie de chauffage 6-Système d’injection de vapeur Figure 1. Soufflerie du

Figure 1. Soufflerie du laboratoire LETTM



2.2 Description d’une expérience de séchage Une fois que tous les paramètres de l’air de séchage sont stabilisés (après environ 15 min), une grille perforée chargée de 250g de pépins de figue de Barbarie, variété Ameclyae épineux de forme ovale, est disposée dans la veine d’essai (Figure 2).

Figure 2. Couche mince de pépins de figue de Barbarie dans la veine de séchage

Le produit est livré par "l’Huilerie Ben Selma", qui est une entreprise familiale installée à El knais de la région de Sousse. Cette entreprise est spécialisée dans le domaine de valorisation des figues de Barbarie, depuis 2007. La variation de la masse du produit avec le temps, est suivie en continue, à l’aide d’une balance de haute précision, connectée à un système d’acquisition et de traitement des données. Au cours de l’expérience, les paramètres de l’air de séchage (température, vitesse et humidité relative) sont maintenues constants. Les mesures ont été établies entre 45°C et 70°C, pour des raisons de quantité et de qualité de l’huile extraite [7]. 2.3 Plan d’expériences Les expériences de séchage ont été réalisées selon un plan d’expériences factoriel à 23 avec deux niveaux et trois variables. Le tableau 2 regroupe les niveaux bas et haut pour chaque variable ainsi que la durée de séchage.

Tableau 1 : Conditions de l’air pour chaque essai de séchage N d’essai T (°C) HR (%) V (m/s) durée de séchage (min)

2 70 15 1 140 5 45 15 2 120 6 70 15 2 76 8 70 30 2 90

III. RESULTATS ET DISCUSSION 1. Isotherme de désorption La figure 2 représente les courbes des isothermes de désorption des pépins de figue de Barbarie. Ces isothermes ont une forme sigmoïde pour les deux températures (70°C et 60°C), sur lesquelles on observe les trois zones de liaisons de l’eau. En effet, la première partie est de plus faible valeur d’activité d’eau représente la fixation par adsorption forte d’une monocouche de molécules d’eau sur les pépins par des liaisons d’hydrogènes. La deuxième partie est presque linéaire correspond à la fixation de multicouche de molécules d’eau superposées, la liaison de moins en moins forte. La troisième partie, représente l’accumulation d’eau liquide dans un micropore qui obéit aux lois de la capillarité. En outre, les résultats montrent qu’il y a un écart entre les deux courbes pour les deux températures à une même activité d’eau. On conclut donc que, l’augmentation de la température favorise la désorption de l’eau [8].



Figure 2. Isothermes de désorption des pépins de figue de Barbarie à 60°C et à 70°C

2. Cinétique de séchage Les Figures 4 et 5 présentent respectivement l’évolution temporelle de la teneur en eau rapportée à la teneur en eau initiale et la variation de la vitesse de séchage avec la teneur en eau [9]. Seule cette dernière représentation peut mettre en évidence les différentes phases de séchage. Ainsi, les courbes de la figure 5, montrent en général une phase de séchage à vitesse décroissante après une courte phase de mise en régime, comme la majorité des produits de teneur en eau initiale relativement faible [9].

Figure.4 Variation de la teneur en eau relative des pépins

Figure.5 Variation de la vitesse de séchage des pépins

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 20 40 60 80 100

Xéq

HR (%)

60°C

70°C



La figure 4 montre que, l’augmentation de la température (essai 5 et 6), l’augmentation de la vitesse (essai 2 et 6) et la diminution de l’humidité relative de l’air de séchage (essai 6 et 8), entrainent un gain considérable de la durée de séchage [10]. IV EXTRACTION DE L’HUILE DU PEPINS DE FIGUE DE BAR BARIE 1. Procédé d’extraction L’extraction de l’huile des pépins a été effectuée à froid selon un procédé de séparation liquide/solide sans adjonction de chaleur. Au cours de cette extraction, les graines non préchauffés sont pressés une seule fois, à une basse température. Ce type de pressage est le plus recommandé dans l’industrie pour son faible coût et sa capacité à préserver les éléments nutritifs, tels que : les vitamines, les acides gras essentiels, les pigments, etc. 2. Optimisation du procédé d’extraction L’optimisation du procédé d’extraction, consiste à étudier l’effet des conditions de séchage sur la quantité et la qualité d’huile extraite. L’analyse de l’huile obtenue est effectuée par une chaîne HPLC analytique Agilent 1100 Séries, équipée d’une pompe quaternaire et un détecteur UV-visible (détecteur à barrette de diodes). La séparation se fait grâce à une colonne spécifique C18 : Hypersil-ODS (125 x 4 mm, 5µm) à la température ambiante. Le tableau 2 présente une matrice des essais, qui consiste en un plan factoriel complet 23, présentant l’ensemble des expériences planifiées, ainsi que la quantité de tocophérol obtenue.

Tableau 2 : Matrice des essais

N°essai Moy X1 X2 X3 Interaction 12

Interaction 13

Interaction 23

Interaction 123 réponse

1 +1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 0,970

2 +1 +1 -1 -1 -1 -1 1 1 0,830

3 +1 -1 +1 -1 -1 1 -1 1 0,482

4 +1 +1 +1 -1 1 -1 -1 -1 0,491

5 +1 -1 -1 +1 1 -1 -1 1 0,249

6 +1 +1 -1 +1 -1 1 -1 -1 0,463

7 +1 -1 +1 +1 -1 -1 1 -1 0,725

8 +1 +1 +1 +1 1 1 1 1 0,311

Effets a0 a1 a2 a3 a12 a13 a23 a123

0,565 -0,04 -0,06 -0,12 -0,059 -0,008 0,143 -0,097

D’après les résultats consignés dans ce tableau, on conclut que, l’augmentation de la température de séchage de 40°C à 75°C (essai 5 et 6), de la vitesse de séchage de 1 à 2 m/s (essai 2 et 6) et de l’humidité ralative de 15 à 30% (essai 6 et 8) réduisent la concentration du composé α-tocophérol de l’huile extraite, respectivement de 13,64%, de 40% et de 20%. On voit bien donc que, d’après la matrice d’essais on a l’interaction x1x2 est égale à 0.143 ; donc l’interaction la plus importante est celle entre HR et la vitesse de l’air. En effet on peut conclure que le choix de l’humidité relative et la vitesse de l’air est indispensable sur la qualité d’huile. V .CONCLUSION Les isothermes de désorption des pépins de figue de Barbarie ont été déterminées sous deux températures (60 et 70°C). L’allure générale est sigmoïde, présentant les trois zones de liaison de l’eau. L’augmentation de la température favorise dans tous les cas la désorption. Les cinétiques de séchage, précédant l’opération d’extraction de l’huile, ont été établies sous différentes conditions climatiques [11]. Ces cinétiques présentent une courte phase de mise en



régime et une phase de séchage à vitesse décroissante. L’augmentation de la température et la vitesse de séchage et la diminution de l’humidité relative favorise le séchage d’une couche mince de pépins de figue de Barbarie [12]. Pour chaque condition de séchage, l’extraction de l’huile fixe des pépins séchés a été effectuée à froid, par un procédé de séparation liquide/solide. Une analyse chromatographie de l’huile obtenue a été menée par la méthode HPLC. Les résultats obtenus ont été consignés dans une matrice des essais explicitant la répercussion des conditions de séchage sur la quantité et la qualité de l’huile extraite à travers la concentration en α-tocophérol. Le choix de l’humidité relative et la vitesse d’air est indispensable sur la qualité d’huile. Un séchage d’une couche mince de pépins de figue de Barbarie à une température de 45°C, une humidité relative de 15% et une vitesse d’air de 1m/s, garantit ainsi une qualité et une qualité optimale du composé α-tocophérol de l’huile extraite.

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STRAWBERRY (FRAGARIA VAR. CAMAROSA) SWELL-DRYING ANDTHEIREFFECT ON THE BIOACTIVE COMPOUNDS

ALONZO-MACÍAS MARITZA A,C, CARDADOR-MARTÍNEZ ANABERTAA , MOUNIRSABAHB, MONTEJANO-GAITÁN JOSÉ GERARDOAAND ALLAFKARIM C

a. Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Querétaro. Cátedra de Investigación de Biotecnología Agroalimentaria, Querétaro, México.

b. ZagazigUniversity, Faculty of Agriculture, Department of FoodScience, Zagazig, Egypt

c. University of La Rochelle, Intensification of Transfer Phenomenaon Industrial Eco-Processes, LaboratoryEngineeringScienceforEnvironmentLaSIE FRE 3474 CNRS, 17042 La Rochelle, France

Introduction Strawberry is a delicate fruit, due to respiration, weight loss and susceptibility to fungal contamination. It is sensitive to chemical and microbial deterioration during post-harvest storage and handling. It has a rather limited shelf life in a fresh form [1]. Hence, large range of unit operations have been proposed and used to preserve it. New operation such as swell-drying is a combination of hot air drying to Instant Controlled Pressure Drop (DIC). The thermo-mechanical effects of DIC are mainly induced by the abrupt pressure drop towards a vacuum (about 5 kPa) after shortly subjecting the material to saturated steam pressure (from 0.1 up to 0.6 MPa). The abrupt pressure drop rate (∆P/∆t>0.5 MPa s-1) causes autovaporization of product’s water promoting instant cooling of products, which immediately stops thermal degradation. DIC enhances many unit operations such as drying, freezing and even extraction may not only maintain valuable compounds found in fresh products but also improve both of their availability and activity by the modification of structure samples.Moreover, dried products could be directly consumed as snacking or in many other powder forms to produce high quality puree, jam, ice-cream, baby foods, breakfast cereals, possibly rehydrated with yoghurt and bakery products [2]. The aim of this study was to compare various drying techniques; Hot Air Drying (HAD) , Freeze Drying (FD), and Swell drying (SD); coupling the traditional hot air drying to DIC treatment. A comparative study was conducted to evaluate the different drying techniques in terms of drying kinetics (effective water diffusivity, starting accessibility anddrying time) and bioactive compoundsquantification of dried strawberries (Fragaria Var. Camarosa). Materials and Methods Biological material The strawberries (Fragaria var. Camarosa) were purchased from a commercial company (La Rochelle, France). They were immediately transported to the laboratory and stored at 5ºC for the next day. Strawberries were sorted, washed with tap water and cut with kitchen knife into slices of 4-5 mm as thickness. After that, the total quantity was divided in three batches; one batch for each process; hot air drying (HAD), freeze-drying (FD) and swell drying (SD). Methods Water Content The water content of different samples (fresh, pre-dried and completely dried strawberries) was determined according to Karathanos’s method [3] . Approximately, 2.5± 0.1 g of each sample was dried in the oven UFE 400 (Memmert, Germany) at 65ºC for 48 h. The measurements were triplicated. The water content dry basis (% db) was calculated according to the equation (1):



� =��

��

(1)

where, W is the water content of samples (% db or kg of H2O/100 kg of dry basis), mi is the initial weight of the material before drying (kg) and md is the final weight of the material after drying (kg).

Drying Methods Hot Air Drying Strawberries slices were dried in the hot air dryer (Memmert: Universal Oven UNB Model 800) at 50°C, the initial partial pressure of vapor in the air was 265 Pa with an air flux of 1.2 ms-1. They were dried until attaining 3% water content dry basis. These samples were recorded as HAD . Freeze-Drying A freeze-drying equipment (model: RP2V, Serail, France) was used for drying the strawberry slices. The conditions were divided in three steps: external freezing (at -20°C for 2h), sublimation (-20 °C, 0.66 Pa for 12 h) and desorption (25°C, 0.66 Pa for 12 h). Afterword, the slices were packed in hermetically sealed bags and stored until their characterization. These samples were recorded as FD Swell-Drying The strawberries slices were firstly dried at 50°C in a pilot of connective hot air dryer (Memmert: Universal Oven UNB Model 800) for 8 hours or until 18% of water content (dry basis) was attained. After drying of strawberries, the slices were packed in zip plastic bags and stored in a cold room at 5°C for 24 hours, the partially hot air dried strawberries were treated by the DIC according to experimental design (Table 1). After DIC treatment, a traditional convective hot air drying at 60°C was performed for approximately 1 hour in order to obtain about 3% dry basis as final water content. These samples were recorded as SD. The experimental set-up has been largely described by Allaf and Louka (1994); [4]; [5]; it is composed of three main elements (Erreur ! Source du renvoi introuvable.): 1. The processing vessel (1), where the samples are placed and treated. 2. The vacuum system, which consists mainly of a vacuum tank (2) with a volume 130 times

greater than the processing vessel, and an adequate vacuum pump. The initial vacuum level was maintained at 5 kPa in all the experiments.

3. A pneumatic valve (3) that ensures the connection/separation between the vacuum tank and the processing vessel. It is capable of producing the abrupt pressure drop within the reactor in less than 0.2 s (∆P/∆t > 0.5 MPa s-1).

Figure 1. Schematic diagram of the DIC reactor. 1: Processing vessel; 2: Vacuum tank; 3:

Quick motion valve; 4: Steam generator; 5:Air compressor 6: Vacuum pump.



Drying Kinetics and Modeling Drying kinetics were performed for HAD and SD samples after treatment by DIC. Approximately, 3.00 ± 0.05 g of each sample was used. They were dried at 65ºC and weighted at regular intervals of time until attaining the total drying (3.0% db).To study the drying kinetics, the model of Mounir and Allaf (2009) [6]was adopted. It consists in three stages: initial surface interaction, diffusion phase and paradoxical phase. The 4/5 experimental results used for the mass diffusion model excluded the ones close to t=0 as well as the ones implying the paradoxical phase (long time stage); they allowed to determine the effective diffusivity (Deff,d) of water within the porous medium. By extrapolating this diffusion model towards t=0, Wo was calculated as, usually, different from the initial humidity content Wi. The difference between Wi and Wo defined as the “starting accessibility” δδδδWs,d=Wi–Wo reflects the water quickly removed from the surface, independently from diffusion processes. Adding to this phenomenon, the drying time (td3.0%) to get water content of 3.0%db was also calculated. Bioactive compounds Sample extraction The different strawberry samples (0.5 g) were weighted in a 30 mL centrifuge tube, and 10 mL of acidified methanol (1% HCl in methanol) was added and agitated for 2 h at room temperature in darkness. The sample suspensions were centrifuged at 6 000 rpm for 10 min at 4°C and the supernatants were stored at -20°C until their different analysis, the operation was performed in duplicate.

Total Phenolic Content (TPC) Total phenolic content was estimated by using the Folin-Ciocalteu colorimetric method [7]. Briefly, 0.02 mL of the extracts was oxidized with 0.1 mL of 0.5 N Folin-Ciocalteureagent, and then the reaction was neutralized with 0.3 mL sodium carbonate solution (20 %). The absorbance values were obtained by the resulting blue color measured at 760 nm with a Spectrophotometer (UV-Vis Double Beam UVD-3500, Labomed, Inc. USA) after incubation for 2 h at 25 °C. Quantification was achieved on the basis of a standard curve of gallic acid from 0 to 500 µg.mL−1. Results were expressed as mg of Gallic acid per g of dry weight (mg eq. Gallic ac/g db). Total Anthocyanin Content (TAC) Anthocyanins extraction and quantification was done following Abdel-Aal and Hucl [8] method. 0.2 mL of the extraction was added to 1.8 mL acidified methanol (1% HCl in methanol), and stored at room temperature in darkness by 5 min. An acid pH was used to take the anthocyanins to the flavylium ion form, which exhibits coloration, and thus be able to quantify them by spectrophotometry (Spectro UV-Vis Double Beam. UVD-3500 Labomed, Inc. USA). The resulting solution was analyzed at 520 nm. Total anthocyanins concentration was calculated as pelargonidin 3-glucoside.

DPPH scavenging capacity Measurement of antioxidant capacity was carried out using 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) as a free radical. Reduction of DPPH by an antioxidant or a free radical produces decreased absorbance at 515 nm. A solution of 20 µL of the extract was mixed with 200 µL DPPH (125 µM in 80% methanol). After 90 min, the plate was read at 520 nm in a spectrophotometer and the antioxidant capacity was calculated as a percentage of DPPH discoloration according to Burda and Oleszek[9]. The analysis was performed in triplicate.



Experimental Design and Statistical AnalysisIn order to study the effect of thermal holding time “s”) on the different response parameters (starting accessibility, the needed tiand rehydration, and water holding capacity);rotatable design was used with 4 factorial points and 4 axial points while the central point was triplicated. The 11 runs were achieved in random to minimize the effects of unexpected variability due to external factors (Table 1). The statistical analysis was carried out with the program (Statgraphics, Centurion XV, USA).

Table 1.Experimental design used in DIC treatment for SD.Run 1 2 Pressure P (MPa) 0.6 0.35 Time t (s) 20 30

Results and Discussion The drying kinetics were studied for HAD and SD strawberries (results showed that the SD samples had a quick drying kinetics compared to control (HAD). As shown in the Figure 1, the drying time ofnecessary time to reach 3% dbin SD (DIC1; 0.60 MPa and 20 s) strawberry was about 45 min, while HAD strawberry needed unidentified time to attain the same level of water content (Figure2).

Figure 1. Drying kinetics of dried strawberries. Left: Control (HAD) and 11 runs by DIC treatment (SD) at 65ºC. Right: Control (HAD) and SD (DIC treated at P: 0.60 MPa, t: 20 s) at 65ºC.

As shown in Table 2, Deffs,d

respectively compared to HAD sample. For SD samples treated by DIC under 0.60 MPa as steam pressure and 20 s as processing time, they were 5.00 x 10respectively against 0.11x 10-10

In the case of bioactive compoundsdifferent dried strawberries. TPC were not quite different in the studied drying methods. The TPC in HAD, FD and SD (DIC10, 0.35 MPa and 10 s) eq.GA/g db, respectively. The TPC in FD samples was higher than those in HAD and SD by 12% and 21%, respectively, and TPC in SD samples was decreased by 11% compared to HAD samples.



Design and Statistical Analysis DIC operating parameters (saturated steam pressure “MPa” and

thermal holding time “s”) on the different response parameters (effective water diffusivity, starting accessibility, the needed time to attain reach a specific water content for both drying and rehydration, and water holding capacity); a 2-parameter, 5-level central composite rotatable design was used with 4 factorial points and 4 axial points while the central point was triplicated. The 11 runs were achieved in random to minimize the effects of unexpected

ctors (Table 1). The statistical analysis was carried out with the program (Statgraphics, Centurion XV, USA).

Table 1.Experimental design used in DIC treatment for SD.3 4 5 6 7 8 9

0.35 0.53 0.53 0.35 0.17 0.17 0.1020 27 13 20 13 27 20

studied for HAD and SD strawberries (Figure 2results showed that the SD samples had a quick drying kinetics compared to control (HAD).

, the drying time of all SD samples was shorter than HAD. The necessary time to reach 3% dbin SD (DIC1; 0.60 MPa and 20 s) strawberry was about 45 min, while HAD strawberry needed unidentified time to attain the same level of water content

Drying kinetics of dried strawberries. Left: Control (HAD) and 11 runs by DIC treatment (SD) at 65ºC. Right: Control (HAD) and SD (DIC treated at P: 0.60 MPa, t: 20 s) at 65ºC.

effs,dand δWs,dof SD were increased by about 9 and 46 times, respectively compared to HAD sample. For SD samples treated by DIC under 0.60 MPa as steam pressure and 20 s as processing time, they were 5.00 x 10-10 m2

10 m2 s-1and 0.30% dbfor control sample HAD.

In the case of bioactive compounds, Table 2 shows the total phenolics content (TPC) in different dried strawberries. TPC were not quite different in the studied drying methods. The TPC in HAD, FD and SD (DIC10, 0.35 MPa and 10 s) were 16.18, 18.41, and 14.47 mg eq.GA/g db, respectively. The TPC in FD samples was higher than those in HAD and SD by 12% and 21%, respectively, and TPC in SD samples was decreased by 11% compared to


278

DIC operating parameters (saturated steam pressure “MPa” and effective water diffusivity,

me to attain reach a specific water content for both drying level central composite

rotatable design was used with 4 factorial points and 4 axial points while the central point was triplicated. The 11 runs were achieved in random to minimize the effects of unexpected

ctors (Table 1). The statistical analysis was carried out with the

Table 1.Experimental design used in DIC treatment for SD. 10 11

0.10 0.35 0.35 20 10 20

Figure 2). The obtained results showed that the SD samples had a quick drying kinetics compared to control (HAD).

all SD samples was shorter than HAD. The necessary time to reach 3% dbin SD (DIC1; 0.60 MPa and 20 s) strawberry was about 45 min, while HAD strawberry needed unidentified time to attain the same level of water content

Drying kinetics of dried strawberries. Left: Control (HAD) and 11 runs by DIC treatment

(SD) at 65ºC. Right: Control (HAD) and SD (DIC treated at P: 0.60 MPa, t: 20 s) at 65ºC.

creased by about 9 and 46 times, respectively compared to HAD sample. For SD samples treated by DIC under 0.60 MPa as

2and 2.68 % dbs-1, for control sample HAD.

able 2 shows the total phenolics content (TPC) in different dried strawberries. TPC were not quite different in the studied drying methods. The

were 16.18, 18.41, and 14.47 mg eq.GA/g db, respectively. The TPC in FD samples was higher than those in HAD and SD by 12% and 21%, respectively, and TPC in SD samples was decreased by 11% compared to



Table 2. Drying kinetics parameters: effective water diffusivity (Deff,d), starting accessibility (δWs,d) and drying time to reach a final water content of 3.0% db (td3.0%) and bioactive

compounds as total phenolic content (TPC), total anthocyanin content (TAC) and antioxidant activity (%DPPH)

Trial no.

Pressure (MPa)

Time

(s)

Deff,d

(10-10 m2 s-1)

δδδδWs,d

(% db)

td3.0% (min)

aTPC

bTAC

DPPH

% DIC 1 0.6 20 5,00 2,68 49,6 17.14 3.09 43.20 DIC 2 0.35 30 3,13 1,78 80,8 16.06 3.85 54.36 DIC 3 0.35 20 5,10 1,97 56,5 14.58 3.90 54.27 DIC 4 0.53 27 4,89 1,64 88,5 16.34 2.93 42.35 DIC 5 0.53 13 3,16 1,24 84,2 16.67 3.56 45.85 DIC 6 0.35 20 3,17 1,68 92,5 14.81 4.10 51.90 DIC 7 0.17 13 0,52 2,19 125,3 13.97 3.72 49.87 DIC 8 0.17 27 1,62 1,02 122,3 15.76 4.11 53.42 DIC 9 0.10 20 0,39 0,69 186,9 14.60 3.59 49.68 DIC 10 0.35 10 1,56 2,57 83,1 14.47 4.36 56.82 DIC 11 0.35 20 4,50 2,46 82,7 16.35 3.71 53.61 Control (HAD)

- - 0,11 0,30 448,8 16.18 4.17 51.67

FD 18.41 5.17 51.34 aTotal phenols content (mg eq. Gallic ac/g db); b Total antocyanins content (mg eq. Pe-3-Gl/g db)

As reported in Table 2, in the case of total anthocyanin content (TAC) was higher in the FD samples than HAD and SD samples; it was higher by 19% and 16% respectively. A slight difference was observed in TAC between HAD and SD, an increase by 4% in TAC was reported in SD samples compared by HAD samples.The pressure condition at 0.35 MPa during 10 s, gave the highest value of TAC, 7.00 Pe-3-Gl/g db. Evaluating the effect of DIC operating parameters on the TAC in SD strawberries, Figure 3 shows that the saturated steam pressure had a great influence compared to the thermal holding time. Thus, a higher saturated steam pressure, the lower TAC. The negative effect maybe due to the thermal degradation of strawberries’ anthocyanins.

Figure 3. Effects of DIC operating parameters: Pressure (MPa) and time (s) on the total anthocyanin content (TAC, mg eq. Pe3Gl/g db). Pareto Chart (left) and Response Surface (right).

As shown in Table 2, there was no significant difference in %DPPH of HAD and FD samples. Whereas, it is increased by 9% and 10% in SD samples (56.82%) compared to HAD (51.67%) and FD (51.34%) samples respectively. The effect of the saturated steam pressure and thermal holding time on % DPPH was illustrated in Figure 4.



Figure 4. Effects of DIC operating parameters : Pressure (MPa) and time (s) on the antioxidant

activity (%DPPH) of SD Strawberries.Left: Pareto Chart and and Right: Response Surface. Conclusion Swell drying SD can be used as an alternative technique to dry the foodstuffs with high quality during short time decreasing the costs of the operation. The product quality attributes are drying technique dependent. The SD is a flexible process; the operating parameters (saturated steam pressure and thermal processing time) can be optimized to meet the product’s quality and attributes depending on industrial and consumer needs as well. At the same time, DIC treatment helped to increase the quantity of strawberry bioactive compounds as well as their antioxidant activity. References 1. Agnieszka, C. and L. Andrzej, Rehydration and sorption properties of osmotically

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ÉTUDE DES ISOTHERMES DE SORPTION DES FEUILLES DE (CAPPARIS SPINOSA L.)

SAID BENNACEUR 1, BELKACEM DRAOUI 1, LYES BENNAMOUN 2, BOUMEDIENE TOUATI1, AMAL SAAD 1, MOHAMED BENAMARA1, ASMA ABDENBI1

1 Laboratoire d’Energétique en Zone Arides (ENERGARID), Université de Bechar Algeria.

2 Department of Applied Chemistry Université de Liege, Belgium

Résumé Les isothermes permettent de déterminer la teneur en eau finale à atteindre pour optimiser les conditions de stockage et de séchage de ces produits et donnent des informations précieuses sur l’équilibre hygroscopique du produit sécher et à conserver [1]. Cette étude vise d’une part à déterminer expérimentalement les isothermes de désorption et d’adsorption de (Capparis Spinosa L.). Les résultats expérimentaux sont ensuite lissés par deux modèles Oswin modifié et Peleg pour la description de l’état d’équilibre de ce produit. Mots clés : Capparis Spinosa ; Séchage ; isothermes de sorption; Expérimentation 1 Introduction Le (Capparis spinosa L.) est une plante appartement à la famille des Capparidacees tropicale du nord et le centre du Sahara. Car elle a été récoltée à partir de la zone sud-ouest de l'Algérie à Kenadza dans la région de Béchar. L’objectif de ce travail est de déterminer expérimentalement les isothermes de sorption de (Capparis spinosa L.) pour différentes températures, et décrire ces courbes par un modèle adéquat. 2 Matériel et Méthodes Nous avons opté pour la méthode gravimétrique statique et nous avons utilisé des solutions de sels saturés comme il est indiqué dans le tableau 1. Ces solutions sont préparées dans des bocaux hermétiques et sont maintenues dans une étuve régulée en température [16]. L'échantillon est suspendu dans le bocal, au-dessus des sels, et reste donc dans une ambiance stabilisée en température et en hygrométrie. L’expérience est réalisée pour trois températures 30, 40 et 50 °C. La masse du produit utilisé pour la désorption est de 0.570 ± 0,001 g et de 0,100±0,001g pour l’adsorption. Le suivi des pertes de masse pour la désorption et le gain de masse pour l’adsorption est assuré par une balance de précision ± 0,001 g. L’équilibre hygroscopique est obtenu lorsque l’échange entre le produit et l’air ambiant est terminé. Le produit subit un pré séchage pour subir le phénomène d’adsorption. Le pré séchage est réalisé dans une étuve portée à une température de 50°C et ceci jusqu’à déshydratation maximale du produit. Dés que les masses humides (Mh) d’équilibre sont déterminées, les échantillons sont introduits dans une étuve à 105°C pendant 24h afin de déterminer leurs masses sèches (Ms). La teneur en eau d’équilibre Xeq est donnée par :

Xeq = (Mh-MS) / MS (1)

3. Modélisation des courbes de sorption Plusieurs auteurs ont proposé des modèles mathématiques sous forme empirique et semi empirique pour décrire la relation graphique entre la teneur en eau d’équilibre, l’humidité



relative d’équilibre et la température. Dans ce travail, nous avons choisi deux modèles pour le lissage des données expérimentales (tableau 3).

Figure 1 Etuvage de type Binder 240 ED pour déterminer les isothermes de sorption

Tableau 1 Valeurs standards des activites de l’eau pour les six solutions salines utilisées

Tableau 2 La teneur en eau d’équilibre d’adsorption de (Capparis spinosa L.)

Le coefficient de corrélation (r) donné par le logiciel Curve Expert 1.4. L’erreur moyenne relative (EMR) donnée par la relation:

(2) L’erreur standard de la teneur en eau de la plante (EST) exprimée par :

(3)

Solutions salines 30°C 40°C 50°C

KOH 0,0738 0,0626 0,0572 MgCl2 0,3238 0,3159 0,3054 K2CO3 0,4317 0,4230 0,4091 NaNO3 0,7278 0,7100 0,6904 KCl 0,8362 0,8232 0,8120 BaCl2 0,8980 0,8910 0,8823

30° C 40°C 50°C aW Xéq aW Xéq aW Xéq

0 0 0 0 0 0 0,0626 7,52688 0,0572 6,38298 0,0738 6,38298 0,3159 8,51064 0,3054 6,38298 0,3238 7,44681 0,423 9,57447 0,4091 9,57447 0,4317 8,51064 0,71 18,27957 0,6904 14,89362 0,7275 15,95745

0,8232 32,6087 0,812 24,46809 0,8362 26,59574 0,891 49,45055 0,8823 35,10638 0,898 38,29787

EMR

EST



Tableau 3 La teneur en eau d’équilibre de désorption de (Capparis spinosa L.)

Tableau 4 Modèles mathématiques utilisés

4. Résultats et discussion Les résultats des mesures de la teneur en eau d’équilibre (Xéq) d’adsorption et de désorption dans (tableaux 2 et 3) confirment que pour une activité donnée de l’eau, la teneur en eau d’équilibre (Xéq) diminue en général lorsque la température augmente. L’équilibre hygroscopique pour la désorption du (Capparis spinosa L.) est réalisé respectivement au bout de 12 jours et pour l’adsorption 08 jours. Les figures montrent que les isothermes de désorption et l’adsorption ont une allure sigmoïdale ceci est en concordance avec le comportement des autres produits agroalimentaires et plantes médicinales et aromatiques [7, 8, 9]. Les résultats de la modélisation des isothermes d’adsorption et désorption des feuilles de (Capparis spinosa L.) sont regroupés dans le tableau 5 et 6.

Tableau 5 Paramètres de deux modèles adaptes aux isothermes de desorption des feilles (Capparis spinosa L.) pour T=30°C

Les figures 2 , 3 , 4 et 5 donnent les valeurs expérimentales des teneurs en eau d’équilibre de sorption de (Capparis spinosa L.) pour trois températures de travail (30, 40 et 50°C) et pour une activité de l’eau varie de 5-90% ainsi que les courbes calculées par l’équation de Oswin modifier et Peleg. D’après les paramètres calculés

30° C 40°C 50°C aW Xéq aW Xéq aW Xéq

0 0 0 0 0 0 0,0738 7,647 0,063 7,10059 0,0572 6,875 0,3238 11,798 0,3159 10,85714 0,3054 8,621 0,4317 12,155 0,423 11,2426 0,4091 9,714 0,7275 17,647 0,71 17,3913 0,6904 15,337 0,8362 25,581 0,8232 24,84472 0,812 23,757 0,898 42,012 0,891 39,86928 0,8823 36,471

Modèle Expression de modèle Référence

Peleg

M. Peleg (1993)

Modified Oswin

Oswin (1946)

Modèles Oswin modifié Peleg A -7,704 105,51 B 0,697 16,861 C 0,488 13,1562 D - 0,31721 r 0,97 0,99 EMR% 20,14 02,68 EST 3,97 0,69

( ) ( )Dw

Cweq aBaAX +=

( )C

w

weq a

aBtAX

−+=

1



dans les tableaux 5 et 6 ( coefficient de corrélation ‘r ‘ est supérieur et l’erreur d’estimation ‘ EMR’ est inférieur ) montre que le Peleg est le plus approprié pour décrire les isothermes de sorption de (Capparis spinosa L.)

Tableau 6 Paramètres de deux modèles adaptes aux isothermes d’adsorption des feilles (Capparis spinosa L.) pour T=40°C

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

10

20

30

40

50

Xéq

expérimentale à 30°C Modèle de Oswin modifier à 30°C X

éqexpérimentale à 50°C

Modèle de Oswin modifier à 50°C X


Modèle de Oswin modifier à 40°C

Ten

eur

en e

au d

'qui

libre

d'd

sorp

tion

(K

g ea

u/K

g M

S)

Activité de l'eau (Aw)

Figure 2 Isotherme d’adsorption des feuilles de (Capparis spinosa L.) par le modèle d’Oswin modifié

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

10

20

30

40

50

Ten

eur

en e

au d

'qu

ilibr

e de

dés

orpt

ion

(K

g ea

u/K

g M

S)

Activité de l'eau (Aw)

Xéq

expérimentale à 30°C Modèle de Oswin modifier à 30°C X


Modèle de Oswin modifier à 50°C X


Modèle de Oswin modifier à 40°C

Figure 3 Isotherme de désorption des feuilles de (Capparis spinosa L.) par le modèle d’Oswin modifié

Modèles Oswin modifié Peleg A -13,90 61,01 B 0,628 09,71 C 0,591 06,12 D - 0,16 r 0,98 0,99 EMR% 17,38 04,65 EST 2,62 0,89



Figure 4 Isotherme d’adsorption des feuilles de (Capparis spinosa L.) par le modéle de

Peleg

Figure 5 Isotherme de désorption des feuilles de (Capparis spinosa L.) par modèle de Peleg

5. Conclusion Les courbes d’adsorption et de désorption des feuilles de (Capparis spinosa L.) ont été déterminées expérimentalement pour trois températures ( 30°C , 40 °C et 50°C) , ces courbes sont décrites par deux modèles mathématiques ( Oswin modifié et Peleg). On remarque que les courbes prédites par le modèle de Peleg coïncident avec les points expérimentaux dans le domaine d’activités varie entre 5 et 90% . Ces résultats correspondent à une étape préliminaire pour l’étude des cinétiques convectives du séchage. 6. Momenclature A, B, C, D : Coefficients des modèles a w : Activité de l’eau MS : Matière sèche Mh : Matière humide pred : Prédite par le modèle Xeq : Teneur en eau d’équilibre (% MS) EMR : Erreur moyenne relative (%) ESH : Erreur standard de l’humidité (%) r : Coefficient de corrélation.



7. Réferences [1] Cheriti A. : Rpport de la recherche sur les plantes medicinales du sud oust Algerie

(ethnopharmacological studies) 2002, CRSTRA. [2] Chen C.C. and Morey R.V. :Comparison of Four ERH/EMC Equations’, Transactions

of the American Society of Agricultural Engineers 1989, Vol. 32, N°3, pp. 983 - 989, [3] Mettam GR., Adams LB., How to prepare an electronic version of your article. In: Jones

BS., Smith RZ., editors. Introduction to the electronic age, New York: E-Publishing Inc; 1999, p. 281–304

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[6] M. Peleg, ‘Assessment of a Semi-Empirical Four Parameter General Model for Sigmoid Moisture Sorption Isotherms’, Journal of Food Process Engineering; Vol. 16, N°1, pp. 21 -37, 1993

[7] Ait Mohamed L., Kouhila M., Jamali A., Lahsasni S., Mahrouz M. : Moisture sorption isotherms and heat of sorption of bitter orange leaves (Citrus aurantium) Journal of Food Engineering 67; 2005 ,491–498

[8] Belghit, A., Kouhila, M., & Boutaleb, B. C. Experimental study of drying kinetics by forced convection of aromatic plants.Energy Conversion and Management 2000, 44, 1303–1321.

[9] Kouhila, M., Kechaou, N., Otmani, M., Fliyou, M., & Lahsasni, S.. Experimental study of sorption isotherms and dryingkinetics of Moroccan Eucalyptus globulus. Drying Technology, 20; 2002, 2027–2039.

[10] Kiranoudis C. T., Maroulis Z. B., Tsami E. and Marinos-Kouris D., Equilibrium moisture content and heat of desorption of some vegetables. Journal of Food Engineering 20 1993, 55-74.

[11] Oznda. P. : Flore et végétation du Sahara ed. CNRS 3éme édition 2004, p 662 [12] Cheriti A, et al., plante de la pharmacoppée traditionnelle dans la région d’El-Bayedh

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[16] Bizot H. et. Multon J.L, ‘Méthode de Référence pour la Mesure de l’Activité de l’Eau dans les Produits Alimentaires’, Annales de Technologie Agricole 1978, Vol. 27, N°2, pp. 441 – 448.

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Iles Kerkennah – Sfax (Tunisie) le 25-28 mars 2013 287

LES CAPTEURS SOLAIRES A AIR A CHICANES AU SERVICE DU SECHAGE CAS DES ECORCES D’ORANGE

Romdhane BEN SLAMA Université de Gabès, Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Gabès. Route de Médenine 6029

Gabès Tunisie [email protected]

Résumé: Le séchage solaire indirect, comprend une enceinte de séchage alimentée en air chaud par des capteurs solaires à air. Pour améliorer les performances de ces derniers (rendement et température atteinte, pour un débit d’air donné), des chicanes appropriées ont été introduites permettant d’aboutir à cette finalité tout en minimisant les pertes de charges dus à l’écoulement de l’air à travers les chicanes. Les travaux antérieurs (1981 à 1987) durant les études supérieures à l’Université de Valenciennes en France, et de 1992 à 1998 l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Gabès) nous ont guidés sur le choix de chicanes mixtes, partiellement transversales et longitudinales, avec des proportions à la fois en longueur et en hauteur bien défini. Ceci, a permis de concevoir des capteurs solaires à air à haut rendement (80 %), jamais atteints d’après la bibliographie récente. Le couplage de ce capteur solaire à air à l’enceinte de séchage a permis d’accélérer le séchage, et ce même pour des conditions climatiques difficiles.

Mots clés : séchage, capteur solaire à air, rendement

1- Introduction L’énergie solaire est très abondante en Tunisie particulièrement au sud du pays, il serait donc judicieux et rentable de penser à l’utiliser dans le domaine du séchage.

Deux types de séchoirs l’un direct, l’autre indirect ont été conçu, réalisé et testé à l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Gabès, Tunisie, pour faire sécher des produits agro-alimentaires tels que les écorces d’oranges.

La conception du séchoir indirect inclue : • Un capteur solaire à air muni de chicanes [1-5] dimension 2 m x 1 m. • Une enceinte de séchage munie de chicanes 70 cm x 70 cm x 70 cm. • Un ventilateur électrique pour assurer la circulation forcée de l’air chaud venant du capteur solaire plan de 50 W de puissance.

Les écorces d’oranges sont intéressants pour leur richesse en vitamine C. Des études ont montrés qu’ils font abaisser le taux de cholestérol dans le sang.

Auparavant, une étude de la cinétique du séchage a té effectuée. Des tests ont été effectués en plein soleil à la fois pour le séchoir indirect et direct. 2- Cinétique de séchage La cinétique de séchage est présente dans diverses études pour les produits tels que piment, banane, bois , carotte ...Nous étions intéressés aux écorces d‘orange et avons tracés leur cinétique de séchage. 2-1 Schéma

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Iles Kerkennah – Sfax (Tunisie) le 2

Fig.1 Installation d’étude de cinétique de séchage.1 : Résistance électrique liée au régulateur2 : Couloir en bois 3 : Support grillage 4 : Balance électrique de type Mittler de précision (±0,01 g)

2-2 Résultats Le produit sèche plus vite au début qu'à la fin, ce qui est dû à la présence d'eau de surface dans le premier cas. Cette vitesse est d'autant plus grande que le produit est fragmenté donc comportant une surface d'échange la plus élevée (fig.2). De même, cetempérature de chauffage (fig.3) et à la vitesse de l'air de séchage (fig.4) Cette dernière courbe constitue la courbe caractéristique de séchage des écorces d’orange.

Fig.2 Vitesse de séchage fonction de

Fig.3 Vitesse de séchage fonction de l’humidité et de température de l’air.Vitesse de l’air

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 1

Spe

ed o

f dry

ing

(%

/h)

Orange peel fragmented

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

0 1

dX/d

t (kg

/*kg

.h)

Temperature = 75 °

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Sfax (Tunisie) le 25-28 mars 2013

Fig.1 Installation d’étude de cinétique de séchage.

Résistance électrique liée au régulateur

: Balance électrique de type Mittler de précision

5 : Ventilateur centrifuge de puissance 550 W6 : Calorifugeage 7 : Veine d’essai

Le produit sèche plus vite au début qu'à la fin, ce qui est dû à la présence d'eau de surface dans le premier cas. Cette vitesse est d'autant plus grande que le produit est fragmenté donc comportant une surface d'échange la plus élevée (fig.2). De même, cette vitesse de séchage est proportionnelle à la température de chauffage (fig.3) et à la vitesse de l'air de séchage (fig.4) Cette dernière courbe constitue la courbe caractéristique de séchage des écorces d’orange.

Fig.2 Vitesse de séchage fonction de l’humidité du produit fragmenté ou non.

Fig.3 Vitesse de séchage fonction de l’humidité et de température de l’air.Vitesse de l’air

2 3

Moisture (kg/kg DP)

Orange peel fragmented Orange peel fragmented

2 3X (kg water / kg DM

°C Temperature = 66 °C Temperature = 57

ageageageage (SMSTS’2013)(SMSTS’2013)(SMSTS’2013)(SMSTS’2013)

288

Ventilateur centrifuge de puissance 550 W

Le produit sèche plus vite au début qu'à la fin, ce qui est dû à la présence d'eau de surface dans le premier cas. Cette vitesse est d'autant plus grande que le produit est fragmenté donc comportant une

tte vitesse de séchage est proportionnelle à la température de chauffage (fig.3) et à la vitesse de l'air de séchage (fig.4) Cette dernière courbe

Fig.3 Vitesse de séchage fonction de l’humidité et de température de l’air.Vitesse de l’air = 2,1 m/s.

4

4

Temperature = 57 °C



Fig.4 Vitesse de séchage fonction de l’humidité et de la vitesse de l’air.Température de l’air = 75 °C En conséquence : √ diminution de l’humidité et de la vitesse de séchage en fonction du temps, √ vitesse de séchage influe positivement sur le séchage, de même pour la température.

3- Conception du séchoir indirect testé Il comprend deux parties distinctes: le capteur solaire à air et l’enceinte de séchage. Pour la circulation de l’air on a rajouté un ventilateur. 3-1 Le capteur solaire à air [1-7 ] Le capteur est muni de chicanes qui favorisent la turbulence et donc l’échange de chaleur, ainsi le rendement se trouve augmenté. Trois configurations étaient utilisées : • Capteur avec les meilleures chicanes paru à la référence c’est à dire des chicanes mixtes transversales et longitudinales, • Capteur à chicanes mixtes, cependant les chicanes transversales sont légèrement inclinées pour réduire les pertes de charge • Capteur sans chicanes pour servir de comparaison. Le capteur est dit à deux veines d’air : • Une entre le vitrage et l’absorbeur : l’air y est immobile • L’autre entre l’absorbeur et l’isolant comportant des chicanes et dans laquelle l’air circule. Les chicanes sont placées sur l’isolant et/ou fixées à l’absorbeur.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 1 2 3 4

dX/d

t (kg

/kg.

h)

X (kg water/kg DM)

Air speed = 2.1 m/s Air speed = 1.5 m/s Air speed = 1.24 m/s

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a)

b)

d) Fig.5 Détail du capteur solaire à air montrantdroites, (c) obliques et (d) les écoulements

L’air caloporteur lèche la surface chaude de l’absorbeur grâce aux chicanes implantées entre l’isolant et l’absorbeur.

Vitrage

Veine d’air immobile Veine d’air mobile

Isola

Sortie d’air humide

1- Capteur solaire à air 2- Isolant 3- Tube PVC 4- Ventilateur (..) Emplacement des

thermocouples

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b) c)

Détail du capteur solaire à air montrant : (a) sa composition, (b) les chicanes droites, (c) obliques et (d) les écoulements tourbillonnaires engendrées.

Fig.6 Schéma du séchoir indirect

L’air caloporteur lèche la surface chaude de l’absorbeur grâce aux chicanes implantées entre

Absorbeur

Air caloport

Absorbe

Vitrage

Veine d’air

Veine d’air mobile Isolant

Boitier

Entrée d’Air

ageageageage (SMSTS’2013)(SMSTS’2013)(SMSTS’2013)(SMSTS’2013)

290

: (a) sa composition, (b) les chicanes engendrées.

L’air caloporteur lèche la surface chaude de l’absorbeur grâce aux chicanes implantées entre

aloporteur

Absorbeur

Air sec



3-2 L’enceinte de séchage

a) Ecoulement en méandre b) Double écoulement en méandre

Fig.7 Chambre de séchage A la sortie du capteur, l'air traverse l'enceinte de séchage et cède ses calories au produit à sécher. Pour permettre l'écoulement de l'air, deux formes de chambres de séchage sont proposées permettant un écoulent en méandre sans zones mortes (voir fig. 8) L'enceinte de séchage comporte plusieurs claies. Chacune peut contenir jusqu’à trois kg de produit à sécher. Le chargement est de la sorte que l’écoulement de l’air est rendu en méandre pour un meilleur transfert de chaleur. D’autre part, l’écoulement dans l’enceinte de séchage est favorisé quand l’écoulement passe de simple méandre à double méandre. Ainsi, l'air est mieux réparti permettant un séchage plus uniforme ce qui évite d’avoir des zones encore humides et d’autres brûlées. Le rendement passe de 20 à 25 % surtout lorsque le chargement est à son maximum (supérieur à 10 kg). Pour les faibles masses de produit à sécher, l’air ne se trouve pas contraint de suivre la trajectoire prévue, mais un écoulement direct dans l'espace libre laissé par le produit.

3-3 Fonctionnement L’air ambiant entre par le bas du capteur, y est chauffé par l’énergie solaire. Grâce aux chicanes, le transfert de chaleur est accru et l’air se trouve en sortie capteur à une température suffisamment élevée. Il passe ensuite dans l’enceint de séchage, où il cède ces calories au produit à sécher et se charge d’humidité. Il est évacué ensuite vers l’extérieur à travers par une ventilation forcée assurée par un ventilateur électrique de faible puissance. 4- Mesures 4-1 Mesure du rayonnement solaire Les mesures ont porté principalement sur le rendement des capteurs seuls d’une part et de l’ensemble du séchoir d’autre part. On mesure la masse du produit à sécher au début et à la fin de l’essai. L’énergie reçue par jour est déterminée grâce aux mesures des rayonnements diffus DH et global GH horizontaux à partir de la station météorologique de la base militaire avoisinante.



La conversion des mesures sur le plan horizontal vers le plan incliné du capteur est effectué comme suit :

Le rayonnement global reçu par le capteur incliné est la somme des rayonnements direct et diffus, donc :

G(i) = (GH – DH) . (cosi + sini /tgh) + D(i) ce qui peut s'écrire aussi sous la forme :

G(i) = (GH – DH) . (sin(i+h) /sinh) + D(i) Avec: D(i) = (1+cosi)/2.DH + (1-cosi)/2. DH . α

La hauteur du soleil est donnée à tout instant par son sinus : sin h = sin ϕ. sin δ + cosϕ.cosδ. cos AH 4-2 Mesure du rendement énergétique

ηe = Qutile / Qreçue Qu = m.(cp.∆T + LV)

Qre = ∫2

1.)(

t

tdtiG

Nous avons aussi évalué le rendement hygrométrique : ηh = ηe . (wi –wf)/wi

5- Résultats 5-1 Rendement du capteur Le rendement énergétique est trace sur la figure 11 et est apporté par l’expression:

SiG

TCQV

.)(

... ∆=

ρη

Selon la disposition des chicanes utilisées, droites ou inclinées, le rendement varie. En comparaison avec le capteur sans chicanes, les chicanes obliques dans le sens de l’écoulement ont un rendement meilleur de 25 %.

Fig.8 Rendement du capteur fonction du débit d’air.

5-2 Rendement du séchoir



Par analogie avec les capteurs solaires, on donne pour le séchoir solaire deux types de courbes de rendements qui sont en fonction de la masse initiale du produit à sécher (fig.12) et fonction de la baisse « normalisée » de l’hygrométrie (fig.14). Pour une masse de 8 kg de produit à sécher, le rendement passe de 20 à 30 % environ avec l’usage de chicanes légèrement obliques. Pour un rendement hygrométrique de 20 %, la baisse d’hygrométrie ne serait que de 3 % dans le cas avec des chicanes droites, et de 13 % pour des chicanes obliques. Ce-ci provient du fait que l’air atteint des températures plus élevées en présence de chicanes.

Fig.9 Rendement du séchoir fonction de la masse initiale du produit à sécher.

6- Interprétations Les courbes obtenues par l'étude de la cinétique de séchage montrent que: - l'humidité du produit diminue avec le temps beaucoup plus vite au début qu’à la fin du séchage, car au début, la présence de l’eau est plutôt en surface, - la vitesse de séchage est proportionnelle à la vitesse de l'air de séchage, ainsi qu'à la température de séchage, - la fragmentation des écorces d'orange a un effet positif sur l'augmentation de la vitesse de séchage, Le séchoir pilote montre que la température de sortie du capteur solaire a atteint 92 °C et que la température à la sortie de l'enceinte de séchage est encore de 50 °C. Le séchoir utilisant le meilleur capteur à chicanes légèrement obliques dans le sens de l'écoulement, admet un rendement meilleur de 14 % absolu par rapport au séchoir utilisant un capteur sans chicane. Avec ce capteur sans chicane, une journée peut s'avérer insuffisante pour abaisser l'hygrométrie à un seuil satisfaisant pour la conservation du produit (soit par exemple 15 %). Cependant, avec le capteur muni de chicanes obliques dans le sens de l'écoulement, une seule journée de séchage est suffisante, car les deux conditions pour permettre un bon séchage sont satisfaites, à savoir, une température et une vitesse d'air suffisamment élevées. La température de l'air s'élève dans le capteur grâce aux chicanes transversales et longitudinales qui permettent de multiplier la vitesse de l'air et de favoriser la turbulence. Cette vitesse de l'air est suffisamment élevée car la perte de charges créée par les chicanes transversales légèrement obliques n'est pas aussi grande comme dans le cas des chicanes droites. D’autres part, l’écoulement dans l’enceinte de séchage est favorisé quand l’écoulement de l’air permettrait un séchage rigoureusement bien réparti ; évitant d’avoir des zones où le produit est déjà brûlé et dans d’autres encore humide. 7- Conclusion

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Effi

cien

cy (

%)

Initial mass (kg)

Oblique baffles Straight baffles Whithout baffles



Par ce travail, nous avons abouti à la conception d'un séchoir solaire indirect alimenté en chaleur par un capteur solaire à air. Celui-ci comporte des chicanes obliques dans le sens de l'écoulement. Elles permettent de créer un écoulement en méandre de l'air dans le capteur sans engendrer de grandes pertes de charge. Les petites chicanes transversales répartissent l'air sur toute la surface du capteur et permettent son pincement pour un meilleur transfert de chaleur. Le passage de l'air dans l'enceinte de séchage est facilité en laissant dans chaque plateau une partie non remplie de produit. L'écoulement de l'air engendré est aussi en méandre permettant un bon transfert de chaleur et de matière avec le produit étalé sur les plateaux. La cinétique de séchage a permis de mettre en évidence les paramètres d’essais à savoir : la température, l’humidité absolue du produit à sécher ainsi que la vitesse de l’air de séchage. Concernant la température de séchage, et pour une humidité base sèche de 3kg/kg, la vitesse de séchage passe de 1,5 kg/kg.h pour une température de 57°C à une vitesse double pour une température de 75°C. Concernant la vitesse de l’air de séchage et pour une humidité à base sèche de 3 kg/kg, la vitesse de séchage passe de 2 à 3 kg/kg.h pour des vitesses de l’air de 1,24 m/s et 2, 1 m/s respectivement. En jouant sur le cheminement de l’air dans l’enceinte de séchage en réduisant les zones mortes, le rendement global passe de 20 à 25 %, pour une masse de 10 kg. Enfin concernant l'élément moteur de l’installation de séchage qui est le capteur solaire à air, le rendement est passé de 40% pour un capteur sans chicanes et un débit de 35m3.h-1m-2 à un rendement de 60% pour un capteur avec chicanes droites, mieux encore pour le capteur avec chicanes obliques ce rendement atteint 70%.

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EFFECT OF DRYING AND PRETREATMENT ON THE PHYSICOCHEMICAL AND MYCOLOGICAL QUALITY OF RAISINS

FROM ITALIA MUSCATE GRAPES

SGHAIER A.1,2,3 BEN ISMAIL H.1,3, CHEBIL S.2, MLIKI A.2, ZEMNI H.2

1: Laboratoire de Technologie alimentaire, Institut National Agronomique de Tunisie. 43, avenue Charles Nicolle ; 1082, Cité el Mahrajène, Tunisie. 2 : Laboratoire de Physiologie Moléculaire des Plantes, Centre de Biotechnologie de Borj Cédria, 3 : Laboratoire de biodiversité, biotechnologie et changements climatiques,

Faculté des sciences de Tunis.

Abstract This paper reports the results of the physicochemical (pH, °Brix, acidity, moisture) and mycological (total fungal flora) quality of Italia Muscate dried grapes from Tunisian vineyards. Two processes of drying were adapted: hot air drying in convective oven at 50 °C and drying in a greenhouse farmer with the application of two chemical pretreatments before drying. The results showed that hot air drying (with immersion in aqueous solution at 0.5 % olive oil and 6 % K2CO3) is more efficient and had the most reducing time. Drying methods reduces moisture, maintained the same pH and increased °Brix and acidity comparing with fresh grapes. Also, distribution of total fungal flora had changed with drying methods especially Aspergillus sp. species. Key words: Raisin, drying, pretreatments, quality. 1. Introduction Raisins are dried grapes obtained from various drying methods which open sun drying was the oldest one. Due to the economical and quality considerations, several methods and equipments were developed such as, convection drying in hot air drier, solar driers, microwave drying, greenhouse drying (Pahlavanzadeh et al., 2002). Thompson seedless and other varieties like sultana, Muscate and black current account are the most raisins produced in the world (Sawhney et al., 2009). Chemical pretreatment (hot or cold) were applied to the grapes to decrease the skin resistance for improving moisture diffusion through waxy cuticle (Sawhney et al., 2009). This study was intended to assess the drying of Italia Muscate grape variety with different methods and chemical pretreatments. Microbiological studies on raisin are rare. The majority of them concern only the fungal and toxicological part (Peter et al., 1990). The present survey investigated the physicochemical and mycological quality of raisin obtained from Italia Muscate grapes. 2. Material and methods 2.1. Grapes samples Fresh Italia Muscate, white table grapes variety (Vitis vinifera), were harvested during the month of October 2012, from Mornag region (Tunisia) and stored at 4°C until analysis. 2.2. Drying methods Before drying, samples were submitted to one of the following pretreatments to accelerate drying: I: Immersion in aqueous solution at 0.5 % (v/v) olive oil and 6% (v/v) K2CO3 at 50°C for 2 min (Telis et al., 2006); II: Grapes were soaked in an alkali solution (1% of sodium hydroxide) heated to 90 °C for 3 seconds. This operation creates some fissures in the skin to accelerate evaporation of water (Fadhel et al., 2008). After each pretreatment berries were cleaned with distillated water. Drying experiments were carried out in a convection oven at 50 °C (hot air drying), with an air speed of 0.5 m/s as



described by Di Matteo et al. (2000) and into a farmer tunnel greenhouse (maximal temperature 60 °C) (Fadhel et al., 2005). The drying was concluded when the final moisture content was 20 % w/w (Di Matteo et al., 2000). 2.3. Samples analysis 1.3.1. Physicochemical analysis Physicochemical parameters of fresh grapes berries were determinate according to Zemni et al. (2007). Before raisins analysis, aqueous extracts was prepared like described in AOAC (2000) for pH, acidity and the soluble solids (°Brix) analysis. pH was determined by the method given by Dowson and Aten (1963) with a Cyberscan 500 pH-meter. Soluble solids determination were carried out using Optical Technology (0-32 % Brix/ATC) refractometer (Navarre, 1994; Karnataka, 2008). Total acidity was measured by titration with NaOH (0.1N) and expressed in g/l of tartric acid (TA) (AOAC, 1999). To determinate moisture content, AOAC (1980) method was used. 1.3.2. Mycological analysis In this case, total fungal flora was determinate. Samples (fresh berries and raisins) were superficially sterilized according to Padro et al. (2005). After that, samples were plated directly (five particles per plate) onto Petri dishes containing malt extract agar (MEA) medium. The plates were incubated for 5-7 days at 25 °C. After the incubation period, all fungal colonies were identified according to Pitt and Hocking (2009) due to macroscopic and microscopic criteria and the percentage of grapes infected in each plate was determined (Diguita, 2010). 2.4. Statics analysis Data analyses were performed by analysis of variance (ANOVA) using SPSS program. 3. Results and discussion 3.1. Effect of pretreatments and drying methods on drying time Fig1 shows the drying kinetics of grapes with drying time. Hot air drying (HA) method had a shorter time than the greenhouse farmer drying method (GH). Among the pretreatments tested, pretreatment I dried with hot air (HAI) had the lowest period of time (5 days), compared with pretreatment II (HAII, 7 days), greenhouse (GH I and GH II, 15 days), respectively. No difference was noticed between yield of HAI and HAII (14 %) whereas some difference was detected in the case of GH I and GH II (18 % vs 11 %, respectively).

0102030405060708090

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Moi

stur

e co

nten

t(%

)

Drying time (day)

GH I

GH II

HA I

HA II

Fig1. Variation of Moisture content (%) with drying



3.2. Physicochemical Characterization Results of physicochemical analysis of the investigated samples are presented in table1.

Table 1: Physicochemical characterization of the samples Samples pH Acitity °Brix Moisture (%)

Fresh grapes (FG)

3.92 4.85 198.33 80.2

Raisin :Untreated grapes (UT)

3.89 15.4 315 19.96

Raisin : HAI 4.29 13.82 483 21.14 Raisin : HAII 4.04 11.72 420 16.12 Raisin : GHI 4.12 13.47 437.66 18.77 Raisin : GHII 3.85 27.47 437.66 22.25

The pH value was ranged between 3.85 to 4.29, similar results were reported by AlAskari et al. (2007) and Ghrairi et al. (2013) who indicated that the pH range of raisin was between 3.8 to 4.43. It seems that drying processes had no effect in pH value. Thus the pH of fresh grapes (3.92) confirmed by Zemni et al. (2007) was included in the same range of pH raisin. Raisins are rich with organic acids, especially tartric acid (TA), also raisin acidity correlates much more closely to raisin type than does the titratable acidity of fresh grapes according to Peter (2000). The sugar concentration expressed as °Brix (g/L) was around 450 g/L according to Serratosa et al. (2009) which is confirmed in our study. Drying process increased the concentration of sugar comparing to the fresh grapes (198.33 g/L) but they decreased the moisture content. 3.3. General fungal colonization of fresh grapes and raisin The macroscopic and microscopic criteria to identify fungal species gave the following results (table 2). Table 2: Distribution of the mycroflora in Fresh grapes (FG), untreated grapes (UT), grapes dried with hot air with pretreatments I and II (HAI, HAII) and grapes dried in greenhouse with pretreatments I and II (GH I, GH II) Fungal species FG UT HAI HAII GHI GHII Aspergillus sp. Penicillium sp. Cladosporium sp. Alternaria sp. Trichoderma sp. Fusarium sp. n.id n.id: not identified

33.22 20.45 18.37 13.89 9.34 3.45 1.23

25.47 42.94 19.01 5.55

0 6.73

0

56.81 27.84 13.25

0 0

2.08 0

85.06 12.92 1.96

0 0 0 0

78.11 9.76

0 3.03

0 9.09

0

56.13 23.59 7.4 0 0

12.85 0

The most commonly isolated fungal species were Aspergillus, Penicillium, Cladosporium and Fusarium sp. Aspergillus sp. and Penicillium sp. had the highest percentage comparing to Cladosporium sp. and Fusarium sp. had decreased percentages. Trichoderma specie was appeared only in fresh grapes with low percentage (9.3%). On the other hand, Alternaria was less abounded in fresh grapes and raisins (UT and GH II) and not present at all in others



samples. These species were reported by Melki Ben Fredj et al. (2007) for the study of total fungal flora in Tunisian Italia Muscate grapes. Results in Table 2 indicated that globally, all drying methods increased the level of Aspergillus sp. and Fusarium sp. while there was a variance of level for Penicillium sp. and Cladosporium sp. Also drying inhibited the appearance of Trichoderma sp. 4. Conclusion Drying processes applied to grapes to obtain raisins increased level of acidity, total soluble solids (°Brix), decreased moisture and maintained the same pH comparing to fresh grapes. Drying methods favored the developments of Aspergillus sp. species and potentially Penicillium sp. and Fusarium sp., while Cladosporium sp. levels were decreased and Trichoderma sp. disappeared. The physicochemical and mycological measurements of raisin showed significant differences (p < 0.05) between the different methods of drying for the majority of analysis. These methods can be explained by the conditions of drying (temperature, moisture, physic parameters, pretreatments…). As regard to pretreatment, only pretreatment I (6% K2CO3+0.5 % olive oil) should be applied if a greater time reduction is needed. Indeed greenhouse drying presents more drying capacity and less investment or additional running cost comparing to hot air drier (convective drying). References AlAskari G., Kahouahdji A., Khedid K., Charof R. and Mennane Z., 2012. Physicochemical and Mycrobiological Study of “Raisin”, Local and Imported (Morocco). Middle-East Journal of Scientific Research, 11(1):06-01. AOAC, 1980. Moisture in dried fruits. In: Horowitz, W. (Ed), Official Method of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists, 13 th ed. Whashington, DC (22.013(07)). AOAC, 1999. Official methods of Analysis. 17th Edition, Association of Official Analytical Chemists, Washinghton, D.C. AOAC, 2000. Official methods of Analysis. 18th Edition, Association of Official Analytical Chemists, Washinghton, D.C. Di Matteo M., Cinquanta L., Galiero G., Grescitelli S., 2000. Effect of a novel physical pretreatment process on the drying kinetics of Seedless grapes. Journal of food Engineering, 46: 83-89. Diguita C.F. 2010. Ecologie de moisissures présentes sur baies de raisin. Thèse Pour obtenir le grade de Docteur de l’Université de Bourgogne, discipline : Sciences de l’Alimentation, Université de Bourgone, Institut Universitaire de la vigne et du vin (Institut Jules Guyot). Dowson, W.H., Aten, A. 1963. Composition and maturation, récolte et conditionnement des dattes. Collection FAO, Rome, 397 pp. Fadhel A., Kooli S., Farhat A., Bellghith A., 2005. Study of the solar drying of grapes by three processes. Desalination, 185: 535-541. Fadhel A., Kooli S., Farhat A., Bellghith A., 2008. Séchage du raisin en plein air, dans un séchoir et sous serre, modèle mathématique et validation expérimentale. Revue des Energies renouvelables CICME, 8 :127-142. Ghrairi F., Lahouar L., El Arem A., Brahmi F., Ferchichi A., Achour L., Salem S., 2013. Physicochemical composition of different varieties of raisins (Vitis vinifera L.) from Tunisia. Industrial crops and products, 43 : 73-77. Karnataka J., 2008. Micro-Wave Drying Technique for Quality Raisin Production. Agric. Sci, 21 (1): 150-151. Melki Ben Fredj S., Chebil S., Lebrihi A., Lasram S., Ghorbel A., Mliki A., 2007. Occurrence of pathogenic fungal species in Tunisian vineyards. International Journal of Food Microbiology, 113: 245–250.



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FREEZING AND MOISTURE CONTENT LEVEL EFFECTS ON RHEOLOGICAL PROPERTIES OF PARTIALLY DRIED APPLE (VAR.

GOLDEN DELICIOUS)

LEILA BEN HAJ SAID1 · SIHEM BELLAGHA1 · CHOKRI DAMERGI1 · KARIM ALLAF 2

1Sciences, Economy and Food Technology Laboratory, Tunisian National Institute of Agronomy INAT, 43, Av. Charles Nicolle, 1082 Tunis Mahrajene, Tunisia.

2 Laboratory of engineering science for environment (LaSIE). Pole science and technology, university of La

Rochelle, avenue Michel Crepeau 17042 La Rochelle cedex 01.

Abstract Apples (Golden delicious) samples (5×4×1 cm slabs) were subjected to convective air drying at 45°C temperature and 2 m/s air velocity until different moisture content levels were reached (400, 233, 150, 100, 67, 43, 25% d.b.). Partially dried apples slices were then frozen at -20°C for 48h and thawed at 4°C for 4h.Effects of partial drying and/or freezing-thawing processes on textural characteristics (firmness: flesh rupture force) were assessed through puncture test. Texture measurements show that partially dried apples firmness augments with water content decrease. Experimental results show also that freezing process caused firmness decrease for fresh samples and for samples with high water content levels: 400, 233, and 150% d.b. Freezing process effect on apple texture (firmness) was very important for high water content samples and remains constant and less important at low moisture content levels. This means that controlling water content prior to freezing may be away of preventing changes in frozen apples textural quality. Therefore, partial dehydration used as freezing pretreatment can be considered as a solution to attenuate the negative impacts on textural quality of high water content products and in particular fruits and vegetables. Keywords: Apple; drying; moisture content level; freezing; texture.

1. Introduction Freezing is a treatment often used for the conservation of fruits and vegetables. This process usually causes, in the case of perishable fruits and vegetables with very high water content, irreversible damage to the cell structures and eventually the deterioration of textural quality of the frozen products after thawing due to large ice crystals formed in the tissue during freezing process (Wu et al., 2009). For this reason, dehydro-freezing which is a preservation process that involves partial dehydration before freezing is considered as a good solution used in order to diminish tissue damage by removing part of water from material product prior to freezing (Ramallo and Mascheroni, 2010). Several pretreatments were used to reduce water content of fruits and vegetables prior to freezing process. Osmotic dehydration has been used as pre-treatments for several fruits and vegetables freezing: apples (Marani et al., 2007; Blanda et al., 2008), tomates (Goula et al., 2012), kiwi fruits (Marani et al., 2007), strawberries (Marani et al., 2007), mangoes (Floury et al., 2008), pears (Marani et al., 2007), pineapple (Ramallo and Mascheroni, 2010). According to previous research studies, this pretreatment is advantageous concerning decreasing freezing time, water removal and subsequent decrease in ice formation. Recent attention is focused on the use of air-drying as freezing pretreatment. The principal advantage of this process is that it can be immediately applied in production sites and contribute consequently in lowering the transportation costs, packaging materials and storage space due to reduced weight (Ilicali and Icier, 2010). Ilicali and Icier (2010) have developed a numerical model for the freezing time prediction of partially dried papaya fruit. Drying was



made using microwave until a water content of 70 and 50% w.b. and then samples have been frozen in an air blast freezer at -18°C. Their results showed that the initial freezing points decrease sharply with the decrease in moisture content. Air-drying was used as a pretreatment of pineapple freezing and compared to osmo-dehydration pretreatment. Ramallo and Mascheroni (2010) studied the effect of partial dehydration of pineapple by air drying in a transversal flow dryer under constant conditions of air velocity (1.5m/s) and temperature (45, 60 and 75°C) prior to the freezing in a conventional air-blast tunnel at -31.5°C on the pineapple final quality. Results published by Ramallo and Mascheroni (2010) demonstrated that osmotic dehydration and hot air-drying have the beneficial effect of reducing the time necessary for pineapple samples freezing. These authors found also that air-drying used as a freezing pretreatment, compared to osmo-dehydration, markedly decreases exudate volume during the product thawing. Another advantage of using air drying previous to freezing is to avoid the use of solutes which will be concentrated in food products in the case of osmo-dehydration. Hence, the aims of this study were (i) to study the use of partial air-drying until different water content levels as freezing pretreatment and (ii) to evaluate partial drying, freezing and dehydro-freezing effects on apples texture characteristics and in particular on treated products firmness by measuring flesh rupture force for different water content levels.

2. Material and methods 2.1. Raw material and sample preparation Apples (Golden delicious) were purchased from a local market in Tunis, Tunisia. Freshness, color, size, state of ripeness and absence of any mechanical damage were used as the selection criteria. The fruits were then stored at 4°C until analysis. For samples preparation, the apples were washed, peeled and seeds removed. Slabs, 10.0±0.2 mm thick, were cut perpendicular to the main axis of the apple. The initial moisture content was determined according to AOAC official method 934.06 (AOAC, 1990), using a drying oven (WT binder type E53, Germany) and an analytical balance (AXIS AGN220C, Germany) with an accuracy of ±0.0001 g. The initial moisture content was 85–87%. 2.2. Experimental drying procedure In the drying chamber of a pilot air-dryer, apple sample was spread on a perforated tray placed over an analytical balance (Explorer Ohaus item n°EOB120, Swizerland) an accuracy of ±0.01g. A digital weighing apparatus allowed continuous mass loss measurements throughout drying tests. Experiments were conducted at 45°C air temperature and at 2m/s air velocity.

2.3. Freezing and thawing processes Fresh and/or partially dried apples samples were frozen at -20°C for 40 hours. Samples, thus frozen, have been thawed at 4°C for 4 hours. 2.4. Texture measurement Firmness of samples, as an indicator of texture, was defined as the maximum force applied to puncture the apple tissue (Vega-Gálvez et al., 2012). The texture of dried and/or frozen apple slices was evaluated by measuring the flesh rupture force using a puncture test. The maximum force (flesh rupture force) value is related to the firmness of the apples samples. The measurements were performed in a texture analyzer (model TA-XT2i Stable Micro System Ltd., Vienna Court, Surrey, UK) at a constant speed of 5mm/s using a cylindrical puncture probe 2 mm in diameter ) (Huang et al., 2012). For each experiment (drying and freezing essays), texture measurement was repeated five times (central point and points at the ends) for each sample from 3 different samples. Two essays of drying and freezing have been



considered. Texture measurement was repeated at least thirty times and the means and standard deviations of the data were calculated.

3. Results and discussion 3.1. Effect of drying on apple texture Firmness is a very important textural property used to describe the mechanical properties of fruit tissues (Vega-Galvez et al., 2009). Fresh and dried apples slices firmness was estimated by measuring flesh puncture force using puncture test. Texture measurements results were showed in Fig 1.The fresh apples presented a puncture force of 4.39±0.53 N, which is low, compared to the puncture force values of partially dried apples with different moisture content levels. The results show that apples firmness augments with water content decrease. Same results were showed by Moraga et al. (2011) for apples. According to these authors, high water content level leads to a softening of the product due to the plasticizing effect of water.

Fig1. Effect of drying on apples slices texture characteristics

3.2. Effect of drying-freezing on apple texture Flesh rupture force for raw, frozen-thawed, partially dried and dehydro-frozen-thawed (partially dried, frozen and thawed) apples samples are shown in Fig. 2. Apple firmness (flesh rupture force) augments with samples water content decrease for both dried and dried-frozen samples. Frozen-thawed apples samples present a low rupture force (1.17±0.2 N) as compared to raw apple force rupture (4.39±0.53 N). It is easily shown from Fig. 2 that freezing process caused firmness decrease for fresh samples and for samples with high water content levels: 400, 233, and 150% d.b. Firmness decrease is the result of cell structures deterioration for high water content products after thawing due to large ice crystals formed in the tissue during freezing process (Wu et al., 2009). The same evolution was observed by Moraga et al. (2011) for apple, a significant firmness decrease was observed when increasing the water content. Thus, dehydro-freezing protects the cell structure, by freezable water content reduction, against freezing injury to give reduced softening after freezing–thawing. Results (Fig. 3) show that flesh rupture force ratio (Fdrying/Fdrying-freezing) diminishes with water content increase and it stabilizes at 100% d.b. It varied from 4.99±1.28 and 1.27±0.20 for fresh frozen and dehydro-frozen with 100% d.b. samples, respectively. These results indicate freezing effect on apple texture (firmness) was very important for high water content samples and remains constant and less important at low moisture content levels. In conclusion, the

0

5

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30

Fresh 400 233 150 100 67 43 25

Fle

sh r

up

ture

fo

rce

(N

))

Water content (%d.b.)



frozen apple mechanical response remained constant, regardless of the water content from sample water content level of 100%d.b. Partial dehydration used as freezing pretreatment can be considered as good solution to attenuate the negative impacts on textural quality of high water content products and in particular fruits and vegetables.

Fig2. Effect of moisture content and freezing on partially dried apples slices texture

characteristics.

Fig.3. Variation of flesh rupture force ratio (Fdrying/Fdrying-freezing) with apples slices moisture content.

4. Conclusion Freezing process effect on apple texture (firmness) was very important for high water content samples and remains constant and less important at low moisture content levels. This means that water content may be considered as a way of preventing changes in frozen apples textural quality. Therefore, partial dehydration used as freezing pretreatment can be considered as good solution to attenuate the negative impacts on textural quality of high water content products and in particular fruits and vegetables.

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Drying

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Fresh 400 233 150 100 67 43 25

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up

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rce

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tio

(-)




5. References Blanda G., Cerretani L., Cardinali A., Barbieri S., Bendini A., Lercker G., 2008. Osmotic

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AIR DRYING EFFECTS ON ORGANOLEPTIC QUALITY OF TUNISIAN WILD EDIBLE PLANT (ALLIUM ROSEUM) LEAVES:

COLOR AND VOLATILE SULFUR COMPOUNDS

LEILA BEN HAJ SAID 1· HANEN NAJJAA 2 · MOHAMED NEFFATI 2· SIHEM BELLAGHA 1

1Sciences, Economy and Food Technology Laboratory, Tunisian National Institute of Agronomy INAT, 43, Av. Charles Nicolle, 1082 Tunis Mahrajene, Tunisia.

2Range Ecology Laboratory, Institute of Arid Areas IRA, 4119 Medenine, Tunisia.

Abstract The present study deals with the valorization of an edible spontaneous plant of the Tunisian arid areas: Allium roseum. This plant is traditionally used for therapeutic and culinary uses. Thin-layer drying of Allium roseum leaves was carried out at 40, 50 and 60°C drying air temperatures and 1 and l.5 m/s air velocity, in a convective dryer. Convective air drying resulted in color modifications only at high drying temperature and preserved the sulfur compounds potential formation. Keywords: Allium roseum leaves, drying, organoleptic quality, color, volatile sulfur compounds. 1. Introduction Allium roseum is a wild edible plant, used by local population in the south of Tunisia as a vegetable, a condiment and a preservative in food or as an herbal remedy because of its medicinal and sensorial properties. Allium roseum leaves are consumed in salad and used as a spice to prepare traditional recipes. Besides their culinary uses, leaves are also used in traditional medicine for headaches, stomachaches, and rheumatism treatments (Najjaa et al., 2011). This specie belongs to the Allium genus which represents the largest and most representative genus of the Alliaceae family. Allium genus includes approximately 700 species (Lanzotti, 2006), the most widely used are onions (Allium cepa), garlic (Allium sativum), leeks (Allium porrum), chives (Allium schoenoprasum) and shallots (Allium ascalonicum). Allium species have diverse biological activities such as antibacterial, antifungal, antioxidant and therapeutic (Corzo-Martinez et al., 2007; Najjaa et al., 2011) activities. They are widely used for the treatment or the prevention of numerous diseases, including cancer, coronary heart disease, obesity, hypercholesterolemia, diabetes type 2, hypertension, cataract and disturbances of the gastrointestinal tract (Corzo-Martinez et al., 2007). These various biological effects are related to their important content of volatile sulfur compounds, typical of the Allium plants, which are also responsible of their characteristic pungent aroma and taste (Li et al., 2007). These molecules are the products of the enzymatic reaction of alliinase, which is a C-S-lyase present in the vacuoles with S-alk(en)yl-l-cysteine-S-oxide precursors, located in the cytoplasm. This enzymatic reaction takes place after a tissue disruption in presence of water (Lanzotti, 2006) and occurs when cells of fresh Allium are broken or when dried product is moistened with water (Méndez Lagunas and Castaigne, 2008). Allium species are extensively used in their dried form as ingredients and flavor additives in precooked foods, meat sausage (Magra et al., 2006), sauces, soups and pizzas. They are produced in several forms: powdered, granulated, flaked, minced and chopped. Dried products of Allium plants are also used as supplements and medicinal preparations (Li et al., 2007). Hence, a sharp increase in the demand of dried Allium plants products has been noticed.



Allium roseum is a seasonal plant, with high water content and available only during the wet season. Hence, it is essential to find an appropriate preservation technique that makes Allium roseum leaves available during all the year and at the meantime allows the preservation of most of the organoleptic properties of the plant. Therefore, drying may be an alternative process which ends up with long life product and thus facilitates the use of this plant in food and pharmaceutical industries. However, no work has been reported in the literature on the drying of Allium roseum. Thus, the main objective of this study was to determine the drying effect on organoleptic quality, color and volatile sulfur compounds. 2. Material and methods 2.1. Plant material Allium roseum, used in this investigation, was collected at its vegetative stage in January 2011 from the south-east of Tunisia. Botanical identification was carried out in the Range Ecology Laboratory of the Institute of Arid Areas, Tunisia. Plants were stored in a cold chamber maintained at 4±1°C until use (at most a week). 2.2. Experimental drying procedure In the drying chamber of a pilot air-dryer, Allium roseum leaves were uniformly spread, forming a single thin layer, on a perforated tray placed over an analytical balance (Explorer Ohaus item n°EOB120, Swizerland) with a precision of ±0.01g. A digital weighing apparatus allowed continuous mass loss measurements throughout drying tests. Experiments were conducted at three air temperatures (40, 50 and 60°C) and two air velocities (1 and 1.5m/s). 2.3. Color measurement L*, a* and b* coordinates show the degree of brightness, the degree of redness ( a) or greenness (-a), and the degree of yellowness ( b) or blueness (-b), respectively. For each sample, L*, a* and b* parameters were measured three times directly on the product using a colorimeter (Konica Minolta CR-410, Japan). Total color difference (∆E) between fresh and dried leaves for each drying run was calculated using the equation as follows:

∆E = �(L − L�) + (a − a�) + (b − b�) Where L0, a0, b0 are fresh leaves color parameters and L, a, b are dried leaves color parameters. 2.4. Separation and characterization of volatile sulfur compounds Fresh and dried leaves were crushed. 1 g of Allium roseum powder was mixed with 1ml of distilled water. Compounds emitted in a closed 4-ml vial at room temperature were trapped at 60°C for 30 min and transferred to the GC–MS injector by headspace SPME (Teyssier et al., 2001). GC–MS analysis was carried out with an "Agilent technologies 6890N Net work GC system" gas chromatography type. The injector port temperature was 150°C, the detector (FID) temperature was 200°C. The column used is a capillary tube HP-5MS (30 m length, 0.25 mm external diameter), with a non-polar stationary phase (5% phenyl methyl silicone and 95% dimethyl polysiloxane). The column temperature was programmed from 75°C to 100°C at a rate of 2°C/min then at a rate of 5°C/min up to 180°C. Total time of analysis was 28.5 min. The carrier gas was helium (99.999%) and the column temperature was programmed from 70 to 250 °C at a rate of 5°C/min. The injection port temperature was 200 °C. The mass spectrometer is an "Agilent technologies 5975B inert MSD" type (quadrupole). Total ion chromatograms and mass spectra were recorded in the electron impact ionization mode at 70 eV. The transfer line and the source temperature were maintained at 250°C and



the mode of data acquisition is the scan mode which ranged m/z from 50 to 550 u.m.a. The identification of sulfur compounds was accomplished by comparing the retention time and the mass spectra data with those of standards sulfur compounds. 2.5. Statistical analysis Data were subjected to one-way variance analysis (ANOVA) at the 95% level to assess the effect of the drying air parameters on color followed by SNK’s multiple range test to assess differences group means. All statistical analyses were performed with the Statistical Analysis System (SAS) version 9. 3. Results and discussion 3.1. Drying effect on color

Table 1. Color parameters of fresh and dried Allium roseum leaves. Drying air conditions

Color parameters

V (m/s) T (°C) L* a* b* ∆E Fresh 28.894±1.601 a -5.283±0.487 a 7.782±0.730 a - 1

40 28.600±0.512 a -3.070±0.072 c 8.386±0.095 ab 2.409±0.099 a 50 29.956±0.045 a -4.283±0.025 b 9.553±0.031 b 2.354±0.274 a 60 28.220±0.066 a -0.693±0.025 d 8.610±0.044 ab 4.923±0.050 b

1.5

40 28.200±0.101 a -3.546±0.012 c 7.890±0.020 a 2.178±0.140 a 50 28.773±0.136 a -3.700±0.056 bc 8.880±0.098 ab 2.235±0.157 a 60 28.890±0.098 a -0.900±0.017 d 8.800±0.044 ab 5.653±0.026 c

Values of L*, a* and b* color parameters are means ± SD (n=3). For each column, values followed by different letters (a–d) are statistically different at P < 0.05 as measured by the SNK test. ANOVA applies between drying conditions. Table 1 shows the L*, a* and b* color parameters values measured on fresh and dried Allium roseum leaves after drying under different conditions. The L*, a* and b* coordinates values of the fresh Allium roseum leaves were 28.89, -5.28 and 7.78, respectively. The air drying parameters produced no significant changes in the L* parameter, as compared with the fresh leaves, thus luminance of Allium roseum leaves was not affected by convective air drying. Negative a* value, which represents green color, increases significantly after drying. Hence, dried leaves presented a much lesser intensity of the green color than the fresh ones. This effect is more important at higher drying temperature (60°C) (Table 1, Fig. 1) and could be due to chlorophylls degradation (Guiné and Barroca, 2012). The increase of a* parameter values after convective drying was also reported for many vegetables such as onion (Arslan and Özcan, 2010) and pepper (Guiné and Barroca, 2012). An increase of b* parameter was shown after drying with different conditions. Similar results were obtained for onion (Arslan and Özcan, 2010). The total color difference (∆E) is a colorimetric parameter used to estimate the variation of color in food during processing (Guiné and Barroca, 2012). Total color difference (∆E) of Allium roseum leaves varied from 2.18 after drying at 40°C to 5.65 after drying at 60°C. Whatever drying air velocity, color loss was found to be pronounced at high drying temperature. Statistical analyses show that drying temperature exerts a significant effect on total color difference and proves that color changes are very important at 60°C. Color losses could be ascribed to browning reactions (Maillard) which occurred during drying at high temperatures and caused pigmented compounds formation (Arslan and Özcan, 2010; Guiné



and Barroca, 2012). Statistical analyses show an insignificancolor change of Allium roseum

(a)

Fig. 1. Fresh (a) and dried (1.5m/s) 3.2. Drying effect on volatile Table 2 shows the GC chromatographic separation of compounds. A total of 5 compounds were identified. These compounds were alk(en)yl polysulfides: disulfides and trisulfides. SPME analysis of volatile sulfur comand dried Allium roseum leaves revealed some interesting results.detected in the fresh leaves were detected in the dried leaves that convective air drying preserved the sulfur compounds potential formation (MéndezLagunas and Castaigne, 2008). This indicates a protection of the alliinase activity and a preservation of the reaction precursors (Li et al., 2007)Castaigne (2008), the decomposition of the sulfur compounds precursors starts at drying temperatures higher than 100°C. These results are in accordance with those of the present study which proved that high drying temperatvolatile sulfur compounds formation. Dimethyldried leaves at 60°C with a percentage higher than in fresh and dried leaves at lower temperatures. Volatile sulfur comcorroborated by the results of Teyssier et al. (2001) which showed the presence of dipropyldisulfide, propyl-1-propenyl-obtained by hot air drying at temperature varying from 45°C to 85°C. Castaigne (2008) showed that sulfur compoundsdrying temperature cycling from 40 to 60 °C. They explained the enzyme activity protection at high drying temperatures by its high molecular mass and by the high content of the plant leaves in sugars (Méndez Lagunas and Castaigne, 2008)

Table 2. Relative concentrations of sulfurous components of fresh and dried roseum leaves (expressed as weight percentages).

Compound RT (min)

Dimethyl-disulfide 2.30 2-propenyl-methyl-disulfide

3.97

Cis-propenyl-methyl-disulfide

4.21

Trans-propenyl-methyl-disulfide

4.36

Dimethyl-trisulfide

5.01

*nd: not detected



and Barroca, 2012). Statistical analyses show an insignificant effect of drying air velocity on Allium roseum leaves after convective air drying.

(b) (c) (d)

Fresh (a) and dried (1.5m/s) Allium roseum leaves at 40°C (b), 50°C (c) and 60°C (d).

3.2. Drying effect on volatile sulfur compounds Table 2 shows the GC chromatographic separation of Allium roseumcompounds. A total of 5 compounds were identified. These compounds were alk(en)yl polysulfides: disulfides and trisulfides. SPME analysis of volatile sulfur com

leaves revealed some interesting results. All sulfur compounds detected in the fresh leaves were detected in the dried leaves (Table 2). These results showed that convective air drying preserved the sulfur compounds potential formation (MéndezLagunas and Castaigne, 2008). This indicates a protection of the alliinase activity and a preservation of the reaction precursors (Li et al., 2007). According to MéndezCastaigne (2008), the decomposition of the sulfur compounds precursors starts at drying temperatures higher than 100°C. These results are in accordance with those of the present study which proved that high drying temperatures (60°C) have not affected the potential of volatile sulfur compounds formation. Dimethyl-disulfide, the major compound, was found in dried leaves at 60°C with a percentage higher than in fresh and dried leaves at lower

Volatile sulfur components preservation in dried Allium roseum corroborated by the results of Teyssier et al. (2001) which showed the presence of dipropyl

-trisulfide and methyl-1-propenyl-trisulfide in onion powder rying at temperature varying from 45°C to 85°C. Méndez Lagunas and

showed that sulfur compounds-forming potential was 91% preserved by drying temperature cycling from 40 to 60 °C. They explained the enzyme activity protection

g temperatures by its high molecular mass and by the high content of the plant (Méndez Lagunas and Castaigne, 2008).

Table 2. Relative concentrations of sulfurous components of fresh and dried leaves (expressed as weight percentages).

Weight percentage (%) Fresh leaves

Drying air conditions1m/s

40°C 50°C 60°C 40°C 47.57 29.25 56.27 62.36 37.76 15.53 nd* 25.06 11.22 13.31

2.21 nd 2.74 nd nd

11.64 nd 6.79 7.79 5.48

8.46 nd 3.18 16.29 nd


308

t effect of drying air velocity on

leaves at 40°C (b), 50°C (c) and 60°C (d).

Allium roseum leaves sulfur compounds. A total of 5 compounds were identified. These compounds were alk(en)yl polysulfides: disulfides and trisulfides. SPME analysis of volatile sulfur compounds of fresh

All sulfur compounds . These results showed

that convective air drying preserved the sulfur compounds potential formation (Méndez-Lagunas and Castaigne, 2008). This indicates a protection of the alliinase activity and a

. According to Méndez-Lagunas and Castaigne (2008), the decomposition of the sulfur compounds precursors starts at drying temperatures higher than 100°C. These results are in accordance with those of the present

ures (60°C) have not affected the potential of disulfide, the major compound, was found in

dried leaves at 60°C with a percentage higher than in fresh and dried leaves at lower Allium roseum leaves is

corroborated by the results of Teyssier et al. (2001) which showed the presence of dipropyl-trisulfide in onion powder

Méndez Lagunas and forming potential was 91% preserved by

drying temperature cycling from 40 to 60 °C. They explained the enzyme activity protection g temperatures by its high molecular mass and by the high content of the plant

Table 2. Relative concentrations of sulfurous components of fresh and dried Allium

Drying air conditions

1.5m/s 50°C 60°C 30.40 62.49 4.86 6.17

nd nd

nd 6.24

nd 20.92



4. Conclusion Convective air drying allowed the preservation of Allium roseum leaves organoleptic quality. It can be used as a valorization method with a protection of leaves color and a good preservation of typical sulfur compounds of the plant and responsible of its characteristic taste. Drying is found to be a good method to block volatile sulfur compounds biosynthesis reaction and to preserve their potential formation during the dried product use. 5. References AOAC (1984) Official Methods of Analysis. Washington, DC, 13th ed., Association of

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COMPARING THE EFFECTS OF MICROWAVE AND CONVENTIONAL HEATING METHODSON THE SENSORIAL

QUALITY OF A NOVEL PRICKLY PEAR AND APPLE MIXED FRUIT JAM

Debbabi Hajer*, Ben Jemaa Meriam, Bellagha Sihem, Gliguem Hela, & Damergi Chokri

Laboratory of Research of Agro-Food Economy, Sciences and Technology National Agronomic Institute of Tunisia, University of Carthage

43 Avenue Charles Nicolle, Tunis 1083, Tunisia *[email protected]

Abstract Different mixed fruit jams obtained by conventional and microwave (MW) techniques were compared. A formulation study was previously carried out to characterize an innovative jam formula based on prickly pear, apple and lemon. Soluble solids, water activity, pH, consistency, CIE colour parameters were evaluated for all jams. The physicochemical characterization of mixed fruit jams has showed that the method of cooking affected jam acidity, and phenol contents. Besides, instrumental measures of the organoleptic quality have highlighted that the use of the microwave caused modifications in color and rheological proprieties. Jams prepared by microwave cooking were characterized by a higher score in odour, and taste, leading to improve the overall assessment and the preference of the new formula of jam. Key words: jam, prickly pear, microwave cooking, quality, colour, texture, sensory. 1. Introduction Cactus pear or prickly pear (Opuntia spp.) belongs to the Cactaceae family, originated from arid and semi-arid regions of Mexico, and introduced into North Africa in the 16th century [1]. The fruit is a berry, varying in shape, size and colour and has a consistent number of hard seeds. The fairly high sugar content and low acidity of the fruit make it very sweet and delicious. Moreover, prickly pear fruit yields high values of important nutrients, such as betalains, amino compounds including taurine, minerals, vitamins, as well as antioxidants (reviewed in [1]). These nutritional properties of cactus pears are quality attributes that may contribute to their increased consumption in the future [2]. However, the fruits’ short shelf-life requires adequate processing techniques to provide products of high nutritional quality. A survey conducted in our lab has showed that 46 % of Tunisian panelists regularly consumed jams (more than once/week) [3]. Currently consumers demand the preservation of jam sensory and nutritional properties. Traditional jam processing involves the application of severe thermal treatments that imply undesirable changes in the product quality characteristics such as colour, texture, flavour and nutritional and functional values. The use of microwave energy could be proposed as an alternative to traditional heating in order to better preserve the natural organoleptic characteristics and essential thermolabile nutrients, since shorter process time are usually required [4-7]. The most important characteristic of microwaves is volumetric heating, which means that materials can absorb microwave energy directly and internally. This fact leads to higher penetrative power, faster heating rates, higher thermal efficiency and shorter processing times compared to conventional technologies [6-7]. Therefore higher product quality may be achieved. In a previous study conducted in our lab, we have developed a novel apple and prickly mixed fruit pear jam formula [8]. The objective of the present was to compare the effects of the



microwave and conventional heating methods on organoleptic properties and sensory quality of this novel jam formula. 2. Materials and Methods Plant material. The fruits of prickly pear variety "Opuntia ficus indica" were picked during August 2010 in the vicinity of the city of Kairouan. The juices were stored at -18°C until used. Preparation of jams. Pear pricly pear (58.5%) were mixed with 10% apple fruit pulp ratio, sugar and lemon juice concentration (1.5%), using a domestic mixer. Conventional heating method. A 500 ml of the previous mixture was concentrated and stirred continuously until reaching 60-65°Brix using an electric heater (VELP Scientifica, Italy) at 100°C open to atmosphere [8]. Microwave jams processing. A programmable domestic microwave oven (Samsung 580, CHINA) was used at a power of 700 W. A 500 ml of the mixture was put on the center of the microwave cavity turn table. Processing was stopped when TSSC reached 60-65°Brix . Quality Analysis. The total acidity was determined by titration with NaOH according to the French standard (NF V 05-101, 1974). Total phenolics content, expressed as gallic acid equivalents (GAE mg/100 g of sample, fresh weight), was determined at 725 nm using Folin-Ciocalteau reagent as described by Singleton and Rossi [9]. Instrumental Measurements Color CIE L*, a*, and b* indexes were determined by a colorimeter MINOLTA CR6300. Hue angle (h*), chrome (C*), and whiteness index (WI) were calculated from previously obtained colour coordinates by applying h*=arctan (b/a), C*=(a2+b2)1/2and WI = 100 – ((100-L)2+a2+b2)1/2. Textural properties of jams were determined by Texture profile analysis (TPA). A texture analyser (LLOYD instruments, Fareham, UK) was used to measure the force–time curve for a two-cycle compression. All measurements were carried out in a controlled room at 25 °C. A fixed quantity of jam was placed in a plastic food container to have a constant sample thickness (40 mm). A cylindrical probe (19 mm diameter) was used to compress the sample to a 20 mm depth with a displacement speed of 10 mm/min and a trigger detection force of 0.005 kg. Then, the probe was returned to its original position followed by second “down and up” cycle on the same sample. Statistical analysis. All analyses were carried out in triplicates. Data were subjected to Analysis of Variance (ANOVA) and means were separated using Duncan’s Multiple Range Test at p=0.05. 3. Results and Discussion Physicochemical Properties Microwave processing did not affect mixed fruit jam dry matter content, Aw and total soluble sugars (p>0.05). The average values (and standard deviation) obtained were a Brix value = 63.13°B (2.343), and water activity = 0.839 (0.002). Jams developed by a microwave cooking exhibited a significantly higher acidity (0.24 g citric acid/100g); p <0.05) than those prepared by conventional cooking (0.21 g citric acid/100g). In fact, cooking by microwave induced solubilization of pectin greater compared to that observed in traditional cooking, and thus



formation of pectic acid, explaining the elevation of acidity [6-7]. Interestingly, microwave cooking has led to significantly higher phenols contents (7.69 mg gallic acid/100g; p <0.0001) when compared to controls (6.36 mg gallic acid/100g). This increase can be explained by the possible destructive effect of temperature during the cooking process traditional [6,7,10]. Organoleptic Characteristics The colour differences of jam in relation to the fresh fruit sample and to conventional jam appeared in table 1.

Table 1: Organoleptic quality of fresh fruits and mixed fruit jams as affected by cooking

methods (n=3) Sample L* CIE a* CIE b* CIE h* WI Firmness

(N) Fresh fruit Pear 48,82

(0,49)a 18,7

(1,73) a 37,18

(1,12)a 1,105

(0.001)a - -

Apple 41,4 (1,24)b

12,50 (0,55)b

24,89 ±0,86 b

1,105 (0.001)a

- -

Lemon 73,22 (3,23)c

-4,45 (0,33)c

19,94 (1,46)c

-1,351 (0.001)b

- -

Jam Conventional cooking

48.46 (0.04)a

12,95 (0,05)b

36.52 (0,42)a

1.230 (0.001)c

35.51 (0.13)a

0.503 (0.160) a

Jam Microwave cooking

46.62 (0.38)d

14,17 (0.08) d

35.61 (0.19) d

1.191 (0.010) c

34.28 (0.08)b

0.140 (0.096) b

.a,b,c,dSignificantly different (p<0.05) Jams showed significantly lower h*, a* and b* values than fresh prickly pear fruit (p<0.05). Heating treatments commonly cause enzymatic and non-enzymatic browning reactions. This fact leads a significant lightness (L*) reduction and, consequently, a whiteness index decrease. As enzymes must be inactivated at achieved temperatures, this could be a consequence of sugar caramelization, which contributes to a dark colour. The chrome (C*) value indicates the degree of colour saturation and is proportional to the strength of the colour. This parameter was nearly unchanged after microwave processing (data not shown).These results were consistent with those found by Igual et al. [7], and Benlloch-Tinoco et al [11], indicating no significant difference in the h * angle of prepared jams by traditional or microwave cooking. Nevertheless, the hue angle value in mixed fruit formula slightly decreased when microwave power increased during heating processes, resulting in a displacement to a more red–yellow hue [11]. Cooking with microwave increased significantly (p <0.05) jam firmness. Indeed, the energy of the microwave breaks the physical bonds of low energy [3,12]. This bond breaking induces a decrease in pH jams resulting in better gelation. Sensory Quality Significant differences (p<0.05) among samples were found in the sensory descriptors ‘odour’, ‘global taste’, ‘acid taste’ and in overall appreciation (Figure 1). Perceivable significant differences were only found between cooking methods samples in descriptors such odour and taste, as well as in overall appreciation. This could be related to the low losses of the volatile compounds with flavour descriptors. The conventional cooking characterized by elevated temperatures and prolonged heating time can cause chemical modifications and often a loss of the most volatile molecules [6-7, 13]. The Maillard reaction is also an important source of volatile flavour compounds, which can have a considerable effect on the flavour of cooked vegetables and fruits [13].



Nevertheless, like instrumental measurements have revealed no significant changes in CIE h* and C* parameters, microwave cooking did not affect jam colour, this observation was in agreement with others studies [7-12].

Figure 1. Sensory quantitative descriptive analysis of mixed fruit jam affected by

cooking method (* p<0.05) Interestingly, no significant difference between both cooking methods has been observed in jam consistency and spreadability (p>0.05). This discrepancy between instrumental and sensory measurements of jam texture was probably due to the requirement of a minimum instrumental difference before a trained sensory panelist could detect a difference in texture [14]. 4. Conclusion This study allowed comparing the effects of the microwave and conventional heating methods on organoleptic properties and sensory quality of a novel jam based on a combination with prickly pear, apple and lemon. It showed that microwave use led to preserve phenolic compounds. Regarding to instrumental analysis, applying microwave cooking affected jam colour parameters L*, a*, h*, WI and texture. Concerning sensory assessment, jams prepared by microwave cooking were characterized by a higher score in odour, and taste, leading to an increase in panelists’ preference. Further investigations are needed to study the effect of storage on microbial and organoleptic properties. References [1] Feugang S., Konarski P., Daming Z. , Conrad Stintzing F. and Changping Z., 2006. Nutritional and medicinal use of Cactus pear (Opuntia spp.) cladodes and fruits. Frontiers Biosci. 11, 2574-2589. [2] Kaur, C. and Kapoor, H. C., 2001. Antioxidants in fruits and vegetables – the millennium’s health. Int. J. Food Sci. Technol., 36, 703–725. [3] Ben Jemaa M, Debbabi H, Jarraya O, 2012. Consumption behaviour towards jams in Tunisia. Tunisia-Japan 2012 Symposium on Sustainable Society through Advanced Agro-Food Science & Quality. Yasmine Hammamet, Tunisia, November 16-19, 2012 [4] Chevance M., Adrian J., 1992. Les conséquences nutritionnelles des traitements par micro-ondes. Méd. Nutr., 28, 6, 317-327. [5] Souilem S., Debbabi H. , Damergi C. & Bellagha S., 2011. Microwave processing in orange jam manufacturing: effect on color degradation kinetics. European Drying Conference

1234567Colour

Odour*

Consistency

Spreadability

Taste (global)*Sweet taste

Acid taste *

After-taste

Overall appreciation*

Conventional

MW



- EuroDrying'2011 Palma, Balearic Island, Spain, October 26-28, 2011. Available from Internet: http://www.uibcongres.org/imgdb/archivo_dpo10975.pdf [6] Contreras, C., Martín-Esparza, M. E., Martínez-Navarrete, N., & Chiralt, A., 2008. Influence of microwave application on convective drying: effects on drying kinetics, and optical and mechanical properties of apple and strawberry. J. Food Eng., 88, 55-64. [7] Igual M., C. Contreras, N. Martínez-Navarrete, 2010. Non-conventional techniques to obtain grapefruit jam. Innovative Food Sci. Emerging Technol., 11, 335–34. [8] Ben Jemaa M, Debbabi H, Gliguem H, Damergi C, 2012. Colour and textural properties of a novel mixed prickly pear fruit jam as influenced by microwave cooking. Tunisia-Japan 2012 Symposium on Sustainable Society through Advanced Agro-Food Science & Quality. Yasmine Hammamet, Tunisia, November 16-19, 2012 [9] Singleton VL and Rossi JA., 1965. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents. Am. J. Enol. Vitic., 16, 3, 144-158 [10] Besbes, S., Drira, L., Blecker, C., Deronanne, C., Attia H., 2009. Adding value to hard date (Phoenix dactlylifera L.): Compositional, functional and sensory characteristics of date jam, Food Chem., 112, 406-411. [11] Benlloch-Tinoco M Varela P Salvador A and N Martínez-Navarrete, 2012. Effects of microwave heating on sensory characteristics of kiwifruit puree. Food Bioprocess Technol 5:3021–3031 [12] Zangar H., 1991. Chauffage et séchage industriel par micro-ondes. Revue Tunisienne de l’Energie, 1, 23, 22-26. [13] Ibrahim G.E., A.H. El-Ghorab, K.F. El-Massry and F. Osman, 2012. Effect of microwave heating on flavour generation and food in processing. In: The Development and Application of Microwave Heating, Wenbin Cao (Ed.). ISBN 978-953-51-0835-1. Available from Internet : http://dx.doi.org/10.5772/4993 [14] Maindonald, J., Murray, S.H., Gunson, F.A., Hallett, I.C., Walker, S.B, 2002. Sensory interpretation of instrumental measurements. 1. Texture of apple fruit. Postharvest Biol. Technol, 24, 3.



INFLUENCE OR FREEZING AND DEHYDRATION METHOD ON POLYPHENOL CONTENT OF OLIVE LEAVES (VAR. SERRANA)

EXTRACTS

M. H. AHMAD-QASEM 1, E. BARRAJÓN-CATALÁN 2, N. BAHLOUL 3, J. A. CÁRCEL 1AND J. V. GARCÍA-PÉREZ 1

1 Grupo de Análisis y Simulación de Procesos Agroalimentarios (ASPA). Departamento de Tecnología de Alimentos. Universitat Politècnica de València, Camino de Vera, s/n, Edificio 3F, Valencia, 46022, Spain.

2 Instituto de Biología Molecular y Celular. Universidad Miguel Hernández. Ferrocarril s/n, Edificio

Torregaitán, Elche, 03202, Spain.

3 Ecole Natl Ingn Sfax, Unite Rech Mecan Fluides Appl & Modelisat, Grp Genie Procedes Agroalimentaires, Sfax 3038, Tunisia.

Abstract Olive leaves are a byproduct rich in antioxidant compounds and its extraction could be improved with an adequate pretreatment. Thus, the aim of this work was to study the effect of freezing and dehydration method on antioxidant potential of olive leaf extract evaluating the total phenolic content (Folin), antioxidant capacity (FRAP and TEAC) and extract composition (HPLC-DAD/MS-MS). Fresh and frozen leaves were dehydrated by freeze and hot air (120 °C) drying. Fresh hot air dried leaves provided extracts with higher total phenolic content (59.5 %) than freeze dried ones. Moreover, freezing before hot air drying reduced both antioxidant capacity and total phenolic content. Therefore, freezing and dehydration method affected the concentration of polyphenols detected by MS-MS.

Keywords: byproduct, freeze drying, hot air drying, antioxidant capacity. INTRODUCTION Olive trees (Olea europaea L.) pruning generates an important among of byproducts such as branches and olive leaves used, mainly, for animal feed and to be burning. However, high content of bioactive compounds have been found not only in fruit but also in olive leaves and branches (Japón-Luján and Luque de Castro, 2007). Thus, the extraction of bioactive compounds could be considered an adequate alternative to increase in value these byproducts. Although, it requires gaining knowledge in the development of efficient extraction methods. The immediate drying of olive leaves is the most important operation in post-harvest processing to avoid quality losses and to prevent possible spoilage. Moreover, the breakdown of cellular constituents during drying could also accelerate bound phenolic compounds releasing (Chism and Haard, 1996). Although, hot air drying is mostly used for industrial purposes, it is well known that this dehydration method involves physical, structural, chemical and nutritional changes in materials being dried. Thus, vacuum freeze drying has been considered the best method for water removal in order to obtain final dried products of the highest quality. Nevertheless, despite of many advantages, freeze drying is also recognized as the most expensive process and it requires a previous freezing that in certain way could also affect quality. Therefore, achieving a successful extraction of olive leaf phenols depends on several factors like drying and freezing that must be object of study. Thus, the aim of this work was to study the effect of freezing and dehydration method on antioxidant potential of olive leaves.



MATERIALS AND METHODS Raw material and Drying experiments Olive leaves (Olea europea, var. Serrana) were collected in a farm located in Segorbe (Castellón, Spain) and stored at 4 °C or frozen by liquid N2 until drying.. Drying experiments were carried out using two different alternatives: Hot air drying at 120 °C (HAD) and freeze drying (FD). FD experiments were conducted at initial temperature -48±2 °C, pressure 1.4 10-

1 mbar and drying time of 48 hours. In all cases, dehydration was stopped when samples lost 45 % of the initial weight. After drying, olive leaves were milled until obtaining a fine powder. Extraction experiments 2 g of olive leaves powder and 16 mL of solvent (ethanol-water 80:20, v/v) were placed in hermetic containers. The containers were protected from light and stirred (170 rpm) at 22±1 °C for 24 h. The final extract was centrifuged (10 min at 5000 rpm) and filtered (nylon filters of 0.45 µm). At least, 3 extraction replicates were made for each drying condition tested. Total phenolic content measurement (TPC) The phenolic content was determined by the Folin-Ciocalteu method (Singleton et al., 1999) and expressed as mg gallic acid (GAE)/g dry matter. At least, 3 replicates were made for each olive leaves extract. Antioxidant capacity measurement (AC) The antioxidant capacity of extracts was measured with two different methods: FRAP and TEAC. FRAP method was used according to the procedure described by Pulido et al. (2000), while TEAC method was performed as previously described by Laporta et al. (2007). In both FRAP and TEAC, the antioxidant capacity was expressed as mg trolox/g dry matter. In both methods, at least, 3 replicates were made for each extract. HPLC-DAD separation-detection-quantification The extracts were analyzed and quantified using a Merck Lichrospher 100RP-18 (5 µm, 250 x 4 mm) column. Separation was carried out through a linear gradient method using 2.5 % acetic acid (A) and acetonitrile (B), starting the sequence with 10 % B and programming the gradient to obtain 20 % B at 10 min, 40 % B at 35 min, 100 % B at 40 min, 100 % B at 45 min, 10 % B at 46 min and 10 % B at 50 min. The flow-rate was 1 mL/min and the chromatograms monitored at 240, 280 and 330 nm. Only the main olive leaves polyphenols were quantified using a calibration curve for each compound. Results of extract composition were expressed as mg polyphenol/g dry weight. RESULTS AND DISCUSSION Effect of drying on antioxidant potential Due to drying is an important dehydration technique to preserve quality on post-harvested products and taking into account that it is widely recognized that dehydration facilitates phenolic compounds extraction, two drying methods were compared in order to obtain an efficient extraction of olive leaves polyphenols: freeze drying (FD) and hot air drying at 120 °C (HAD). As can be observed in Table 1, the drying method had a significant (p<0.05) influence on TPC and AC. Extracts obtained from fresh olive leaves dried using HAD showed the highest TPC and AC. This fact results contradictory with the previous literature where it is believed that freeze drying is the best drying method to preserve properties of raw material. Thus, Dorta et al. (2012) highlighted that freeze dried samples of mango peel and seed provided higher extraction yield than other ones dried by hot air drying. Nevertheless, against expected



from previous literature, in this study FD was the worst dehydration method to get olive leaves extracts, comparing with HAD(Table 1), FD resulted in a significant (p<0.05) decrease of TPC (39 %) and AC (31 or 46 % depending on the method used, FRAP or TEAC, respectively). Table 1. Effect of drying and freezing method on total phenolic content (TPC) and antioxidant

capacity (AC) of olive leaf extracts.

Leaves Drying TPC(mg GAE/g d.w.) AC (mg trolox/g d.w.) FRAP TEAC

Fresh HAD 59±3 a 109±5 a 8.3±0.5 a Frozen FD 37±2 b 80±3 b 4.9±0.4 b Frozen HAD 49±2 c 94±2 c 7.7±0.4 a

During hot air drying, cell walls undergoes an important stress due high temperatures involved, while, during freeze drying, the cell stress is ascribed to cell damage by ice crystals. In both cases, drying facilitates the release of phenolic compounds into the solvent due to the cell wall breakdown ascribed to water removal (Hossain et al., 2010). Not only the phenolic leaching is facilitated by drying but also the release of other intra-cellular compounds, such as the oxidative enzymes. The high temperatures involved during hot air drying could deactivate the enzymes (Chism & Haard, 1996), avoiding or minimizing the phenolic degradation during extraction. This phenomenon explains the higher content of phenolic compounds in HAD than FD extracts, due to during freezing the low temperatures used preserve well the enzymes in a latent state. With the aim of gaining insight about the influence of drying on antioxidant potential of olive leaves extracts, bioactive compounds were identified by HPLC-DAD/MS-MS (Fig. 1a and 1c and Table 2). Regardless of drying method, the same polyphenolic profile was identified in all extracts. Although, the chromatographic profile was similar than other ones found in literature, hydroxytyrosol, a known oleuropein and verbascoside derivate, was not found in any extract. Chromatograms showed noticeable differences on compounds areas of extracts depending on the drying method used (Fig.1). As can be observed, dehydration technique largely affected the most abundant phenolic compounds: verbascoside (2), luteolin-7-O-glucoside (4) and oleuropein (8). The highest concentration of verbacoside, luteolin-7-O-glucoside and oleuropein was found in extracts with the highest TFC and AC obtained from HAD leaves. FD did not facilitate olive leaves phenols extraction, thus, oleuropein content was reduced by 97 % compared with HAD. Among the most abundant polyphenols, luteolin-7-O-glucoside was less affected by drying, compared with HAD, FD leaves provided extracts that decreased its luteolin content by 75 %. Quantification also showed other minority compounds in olive leaf extracts (Table 2), although, in general terms, they were less affected by drying method than the most abundant ones. Similar results were found by Papageorgiou et al. (2008), who also concluded that freeze drying reduced the content of some phenolic compounds in aromatic plant materials. The discriminative effect of drying over polyphenols could be explained by the different sensibility of these compounds and its behavior under the stress conditions caused by drying. Influence of freezing on antioxidant potential Freeze drying seemed not to be an adequate previous dehydration method to improve the phenolic extraction from olive leaves. Thus, in order to gain insight on this fact, HAD was carried out using olive leaves frozen by liquid N2. In the extracts obtained, TPC, AC and identification and quantification of phenolic compounds were also determined (Table 1, 2 and



3). Frozen HAD leaves presented an intermediate composition between FD and fresh HAD. Thus, previous freezing to HAD involved a significant (p<0.05) reduction by 17 % on TPC compared to fresh HAD leaves. Both antioxidant determination methods used highlighted that extracts obtained from fresh HAD leaves presented higher AC than frozen HAD samples. However, the differences were only significant (p<0.05) for FRAP method (Table 1). However, compared to FD, frozen HAD leaves presented higher phenolic content and AC. These results pointed to the fact that previous freezing involves a reduction of phenolic content.In frozen HAD samples, the action of oxidative enzymes occurs only during handling and thawing period during first drying stages (El-Kest & Marth, 1992), since as drying progresses, the high temperature applied (120ºC) induce an enzyme inactivation. However, in FD samples, the oxidative enzymes are not inactivated since drying occurs at low temperature and without heat treatment. Thus, enzymes are preserved in a latent state, exerting its oxidative action during the extraction process.

Fig. 1. HPLC chromatograms at 280 nm of extracts obtained from fresh olive leaves dried by hot air drying (a; HAD) and frozen leaves dried by hot air drying (b; Frozen-HAD) and

freeze drying (c; FD).

Retention time (min)

Retention time (min)

Ab

sorb

an

ce

(A

U)

Ab

sorb

an

ce

(A

U)

Ab

sorb

an

ce

(A

U)

a

b

c Retention time (min)



Table 2. Identification of the main phenolic compounds present in olive leaf extracts.

Peak Phenolic compound Molecular mass

(g/mol) Retention time (min)

1 Apigenin-6,8-diglucoside 594.52 9.7 2 Verbascoside 624.6 14.02 3 Neohesperidin 610.56 14.78

4

Luteolin-7-O-glucoside 448.38 15.47 Luteolin-7-O-

glucoside(isomer) 448.38 18.80

Luteolin-7-O-glucoside(isomer)

448.38 20.16

5

Oleuropein glucoside 702 16.39 Oleuropein glucoside

(isomer) 702 16.59

Oleuropein glucoside (isomer)

702 16.83

6 Apigenin rutinoside 578.53 17.32 7 Luteolin-7-O-rutinoside 578.52 17.92

8 Oleuropein 540.52 19.11

Oleuropein (isomer) 540.52 20.63 Oleuropein (isomer) 540.52 21.27

9 Ligstroside (derivate) 454 23.03 Comparing with fresh HAD leaves (Fig. 1a), frozen HAD leaves (Fig. 1b) showed a similar phenolic profile. Oleuropein was the most affected polyphenol by freezing, which involved an average reduction on its content of 56 %. Despite the reduction of oleuropein content, hydroxytyrosol (a common degradation product) was not detected in the extracts. The rest of phenolic compounds quantified were less sensitive to previous freezing. Even, some compounds, like verbascoside and luteolin-7-glucoside, increased when leaves were previously frozen.

Table 3. Effect of drying and freezing method on the content (mg/g d.w) of polyphenols

identified in olive leaf extracts. Drying HAD HAD FD

Material Fresh Frozen Frozen Oleuropein 108.6±1.6a 48±2b 16.4±1.2c Oleuropein glucoside* 2.11±0.04a 3.4±0.4a 2.2±0.6a Verbascoside 2.7±0.2a 1.89±0.09b 1.26±0.12c Luteolin-7-O-glucoside 10.6±0.2a 11.1±0.5a 9.7±1.6a Luteolin-7-rutinoside** 1.14±0.02a 0.99±0.05a 0.9±0.2a Apigenin 6,8-diglucoside*** 0.12±0.02a 0.11±0.02a 0.16±0.02a Apigenin rutinoside*** 0.72±0.02a 0.66±0.04a 0.59±0.07a Neohesperidin 1.13±0.13a 0.87±0.06a 0.73±0.08b Ligstroside 1.35±0.08a 0.8±0.2a ndb

a–c Show homogeneous groups in the same line established from LSD (Least Significance Difference) intervals (p<0.05).* Content expressed as equivalents of oleuropein. **Content expressed as equivalents of luteolin-7-O-rutinoside. *** Content expressed as equivalents of apigenin.



CONCLUSIONS Unit operations, such as drying and freezing, prior to extraction of olive leaf polyphenols involve a decisive action on extract composition. Results pointed out the reduction of antioxidant capacity of the extracts by previous olive leaf freezing. Hot air dried was found the most appropriate dehydration technique, being especially adequate to increase the concentration of oleuropein. ACKNOWLEDGEMENTS The authors acknowledge the financial support of Generalitat Valenciana from the project PROMETEO/2010/062 and AECID-Ministerio de Asuntos Exteriores y de Cooperación of Spain from the project AP/036114711 and the Ministerio de Educación, Cultura y Deporte of Spain from the scholarship of M. H. Ahmad Qasem through the Program of “Formación de Profesorado Universitario del Programa Nacional de Formación de Recursos Humanos de Investigación”. REFERENCES Laporta, O., L. Pérez-Fons, R. Mallavia, N. Caturla and V. Micol. 2007. Isolation,

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ÉTUDE COMPARATIVE DE L’EFFET DES PROCEDES DE DESHYDRATATION SUR LES ECORCES DE CITRON (CITRUS

LIMON. V. LUNARI)

N. GHANEMa, D. MIHOUBIb, C. BONAZZIc, N. KECHAOUa, N. BOUDHRIOUA MIHOUBId

a Laboratoire Mécanique des Fluides Appliquée, Génie des Procédés et Environnement, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, Route Soukra Km 3,5 BP 1173 3038, Sfax, Tunisie

b Centre de Recherches et des Technologies de l’Energie, B.P. 95, Hammam-lif, 2050, Tunisie

c AgroParisTech, UMR1145 Ingénierie Procédés Aliments, 1 avenue des Olympiades, F-91300 Massy

dUR11ES44, Ecophysiologie et Procédés Agroalimentaires, Institut Supérieur de Biotechnologie de Sidi Thabet, Université de la Mannouba, BP-66, 2020 Ariana-Tunis, Tunisia

Résumé L’objectif de ce travail est d’effectuer une étude comparative de l’impact de la déshydratation (séchage par microondes à 100, 180, 300, 450 et 600 W, séchage convectif à 40, 50 et 60°C et séchage par infrarouge à 40, 50 et 60°C) sur les cinétiques de séchage, la couleur, la teneur en phénols totaux et les pouvoirs de rétentions d’eau et d’huile des écorces de citron (Citrus limon. v. lunari). La vitesse de séchage des écorces de citron est d’autant plus rapide que la température ou la puissance appliquée est élevée. Le séchage par microondes abouti aux durées de séchage les plus courtes. Le séchage par microondes à 450 W préserve la teneur la plus élevée en phénols totaux (1,855 ± 0,016 g acide caféique/100g MS). Par contre, le séchage convectif et par infrarouge à des températures (40 - 60°C) permettent de préserver des teneurs en phénols totaux de l’ordre de 1,164 ± 0,063 et 1,231 ± 0,1 g acide caféique/100g MS. L’augmentation de la température de séchage engendre une augmentation de l’écart de couleur total ∆E. Le séchage par microondes à 100 W et par rayonnement IR à 40°C préservent la teinte jaunâtre initiale des écorces de citron. Les écorces séchées par IR et MO présentent les pouvoirs de rétention d’eau les plus élevés. Ils sont de l’ordre de 9 g eau/g MS pour les écorces séchées par IR (à 40 et 60°C) et 8 g eau/g MS pour les écorces séchées par MO (à 300 et 450 W). Mots clés : écorces de citron, séchage IR, séchage microondes, séchage convectif à air chaud, cinétiques de séchage, paramètres de qualité. 1. Introduction La Tunisie est connue par sa grande production des agrumes avec une production qui a atteint 308.000 tonnes en 2009/2010 (GIFruit, 2010). Plusieurs variétés sont cultivées en Tunisie tels que les oranges Navels, les citrons et les oranges douces. Des quantités énormes de sous produits sont générées chaque année des industries de transformation des agrumes et sont utilisées principalement dans l’alimentation animale. Pourtant, ces sous produits composés essentiellement des écorces d’agrumes présentent une source naturelle de fibres diététiques et de flavonoïdes (Grigelmo-Miguel and Martín-Belloso, 1999). En effet, la consommation des fibres diététiques a plusieurs effets bénéfiques sur la santé dont le plus connu est leur effet sur le transit intestinal. L’ingestion des fibres alimentaires réduit également le taux de cholestérol sérique et prévient le cancer de colon (Nawirska and Kwasniewska, 2005). Les fibres alimentaires sont douées aussi des propriétés techno-fonctionnelles tels que leurs pouvoirs de rétention d’eau et de l’huile élevées qui justifient leur utilisation dans les industries



agroalimentaires (Garau et al., 2007). Les sous produits des agrumes représentent aussi une source naturelle en flavonoïdes, les écorces en contiennent la fraction la plus importante que les autres parties de fruit. Ces flavonoïdes sont doués d’une forte activité antioxydante (Lario et al., 2004). Ces sous produits à teneur en eau élevée qui peut atteindre 75 % pour les écorces sont hautement périssables et nécessitent d’être stabilisées par réduction de leur teneur et activité de l’eau. Le séchage est largement utilisé pour la conservation des fruits, des légumes et des sous produits agricoles. Il existe plusieurs procédés de séchage tel le séchage naturel à l’air libre, le séchage convectif à air chaud et le séchage par rayonnement : infrarouges (IR), microondes (MO). Le présent travail porte sur l’étude comparative des 3 procédés de séchage (le séchage convectif à air chaud, le séchage par microondes et le séchage par infrarouges) des écorces de citron et leurs impacts sur certains critères de qualité de produit finis. 2. Matériel et méthodes 2.1. Matière première Les citrons (Citrus limon. v. lunari) ont été obtenus de la région de Béni Khalled gouvernorat de Nabeul (Tunisie). Cette étude a été effectuée sur trois lots récoltés au mois d’Avril 2010-2011 et 2012. Les fruits frais cueillis dans un état de maturité optimale (entièrement jaunes) sont stockés à 4°C (quelques jours) jusqu’à leur utilisation. Les citrons ont un poids moyen d’environ 157,45 ± 8,03 g. Avant utilisation, les fruits sont lavés à l’eau, essuyés et pelés. Les écorces des citrons ont été découpées sous forme de cubes de surfaces égales à 1 cm2. La face albédo blanche est exposée au séchage et les écorces sont séchées jusqu’à l’obtention d’une teneur en eau finale de 0,1 kg eau/kg MS. 2.2. Séchage par microondes Les écorces découpées ont été séchées par une micro-onde domestique (type Samsung, TDS, M1714) avec une puissance maximale de 850 W à 2450 MHz à différentes puissances (100, 180, 300, 450 et 600 W). Le suivi de la variation de la masse du produit au cours du temps a été effectué toutes les 30 secondes. La pesée est effectuée par une balance de précision 10-4g (GIBERTINI EUROPE). 2.3. Séchage convectif à air chaud Les écorces découpées ont été séchées par un séchoir convectif à air chaud (Courtois et al., 1991) à vitesse d’air égale à 1,5m/s, une humidité relative ambiante (4–16 % HR à 20 °C) et à différentes températures (40, 50 et 60 °C). Le suivi de la variation de la masse du produit au cours du temps a été effectué toutes les 60 secondes. La pesée est effectuée par une balance (METTLER PE 16). 2.4. Séchage par infrarouges Les cinétiques de séchage des écorces de citron ont été déterminées à l’aide d’un analyseur d’humidité infrarouge (Sartorious, MA40) à trois températures (40, 50 et 60 °C). 2.5. Cinétiques de séchage Les cinétiques de séchage des écorces de citron sont représentées par les évolutions de la teneur en eau réduite (Xr) du produit au cours du temps et de la vitesse de séchage (V) en fonction de la teneur en eau réduite (Xr). La teneur en eau réduite (Xr) du produit et la vitesse de séchage (V) sont calculées par les formules suivantes :

�� = ��

Eq. (1) � = � � �� Eq. (2)

Xr : teneur en eau réduite (-) X0 : teneur en eau initiale (kg d’eau / kg de MS)



Xeq : teneur en eau à l’équilibre (kg d’eau / kg de MS) Xt : teneur en eau à l’instant t (kg d’eau / kg de MS) V : vitesse de séchage (kg eau/kg MS.s) 2.5. Paramètres de qualité analysés 2.5.1. Phénols totaux La teneur en phénols totaux (PTT) a été déterminée selon Georgé et al. (2005). Il s’agit de la méthode de Folin –Ciocalteu modifié. L’extraction solide-liquide a été appliquée en utilisant une cartouche (cc-Oasis HLB ™). La teneur en phénols totaux est obtenue en soustrayant l’absorbance des substances interférant avec le réactif du Folin-Ciocalteu. La teneur en PTT est exprimée en g d’acide caféique / 100 g de matière sèche. 2.5.2. Couleur La couleur du flavédo (initialement jaune) des écorces des citron fraîches et séchées sous différentes conditions ont été déterminées en mesurant les paramètres L*, a* et b* en utilisant un colorimètre (Minolta Chroma Meter). L’écart de couleur ∆E est donné par l’équation (3).

�� = �(� − ��)� + (� − ��)� +(� − ��)� Eq. (3) L’indice « 0 » réfère au produit frais.

3. Résultats et discussion 3.1. Etude des cinétiques de séchage Les courbes de séchage obtenues (Fig. 1 et Fig. 2) montrent l’allure décroissante de la teneur en eau réduite en fonction du temps. Les courbes de vitesse de séchage en fonction des teneurs en eau réduites montrent l’absence de la phase I. Cette phase de séchage est le plus souvent absente dans le cas des produits biologiques. La température de séchage influe sur le temps de séchage des écorces des citrons. En effet, plus la température est élevée, plus la durée de séchage est courte et plus la vitesse de séchage est élevée. En effet l’augmentation de la température de séchage induit une augmentation de la quantité de chaleur échangée qui, de faite de la conservation du bilan énergétique, est équilibrée par une augmentation de flux de matière. Ce résultat est en accord avec des travaux de recherche effectué sur le kiwis (Simal et al., 2005), les figues (Babalis & Belessiotis, 2004), les écorces du mandarine et d’orange (Ghanem et al., 2012) et les piment rouge (Vega et al., 2007). Le séchage par MO induit la durée de séchage la plus faible (0,16 h à 600 W) suivi par le séchage convectif et IR.

Fig.1. Evolution de la teneur en eau réduite des écorces de citron en fonction du temps de séchage, séchage par micro ondes (a), séchage convectif (b) et séchage par infrarouge (c)

3.2. Impact du séchage sur les paramètres de qualité 3.2.1. Phénols totaux La Fig. 3 montre l’impact du séchage MO (100, 180, 300, 450 et 600 W), du séchage convectif et par IR (40, 50 et 60 °C) sur la teneur en phénols totaux des écorces de citron.

(a) (b) (c)



Fig.2. Evolution de la vitesse de séchage en fonction de la teneur en eau réduite des écorces de citron ; séchage par micro ondes (a), séchage convectif (b) et séchage par infrarouge (c)

Fig. 3. Impact du séchage MO (à 100, 180, 300, 450, 600 W) (a), séchage convectif (à 40, 50

et 60 °C) (b) et séchage par IR (à 40, 50 et 60 °C) (c) sur les teneurs en phénols totaux des écorces de citron (F : écorces fraîches)

Les écorces fraîches de citron présentent la teneur la plus élevée en composés phénoliques (2,451 ± 0,022 g acide caféique/100g MS). Ces teneurs sont supérieures à celles présentées par Kuljarachanan et al. (2009) pour les écorces du lime (Citrus aurantifolia Swing) fraîches (0,811 g acide gallique/100g MS). Le séchage par MO (p = 0,026) ; le séchage convectif (p = 0,017) et le séchage IR (p=0,009) réduisent significativement les teneurs en phénols totaux. Le séchage par MO permet de préserver des teneurs en phénols totaux plus élevées que celles obtenues en fin du séchage convectif et par IR. Le séchage par MO des écorces de citron à des puissances variantes entre 100 et 600 W permet de retenir des teneurs entre 1,269 ± 0,019 et 1,855 ± 0,016 g acide caféique/100g MS). Par contre, le séchage convectif et par IR à des températures variantes entre 40 et 60 °C permettent de préserver des teneurs en phénols totaux de l’ordre de 1,164 ± 0,063 et 1,231 ± 0,1 g acide caféique/100g MS respectivement. Le séchage par MO à 450 W est la meilleure condition opératoire assurant la préservation des phénols totaux (1,855 ± 0,016 g acide caféique/100g MS). Les faibles teneurs en phénols totaux des écorces de citron issus du séchage convectif peuvent être attribuées à la dégradation partielle des composés phénoliques sous l’effet de traitement thermique. Les faibles teneurs en phénols totaux des écorces issus de séchage IR peuvent être dues aux longues durées de séchage (12660 s à 60 °C) comparé à celles du séchage MO. Garau et al. (2007) ont rapporté que les longues durées de séchage convectif réduisent les teneurs en phénols totaux des sous produits d’orange. 3.2.2. Couleur La Fig. 4 montre l’impact du séchage par MO, convectif et par IR sur l’écart total de couleur ∆E des écorces de citron. L’augmentation de la température de séchage induit une augmentation de ∆E. Les écarts totaux de couleur ∆E des écorces de citron les plus faibles sont obtenus aux basses

(c) (a) (b)

(b) (a) (c)



températures et aux basses puissances (17,27 ± 0,21 et 23,70 ± 1,14 pour les écorces séchées par IR et par séchage convectif à 40 °C respectivement et 17,31 ± 0,65 pour les écorces séchées par MO à 100 W). Des résultats similaires sont obtenus par Pott et al. (2005) pour la manga et Maskan (2001) pour le kiwi. L’augmentation de la température de séchage entraine une augmentation du paramètre a* et une diminution du paramètre b*. Selon Perez-Gǐalvez et al., (2005) et Horner (1993), les brunissements non enzymatiques, la perte en caroténoïdes, la dégradation des pigments et l’oxydation de l’acide ascorbiques sont les facteurs principaux de la dégradation de la couleur au cours du séchage des fruits et leurs sous produits.

Fig. 4. Impact du séchage par MO (a), convectif (b) et par IR (c) sur l’écart total de couleur

des écorces de citron

3.2.3. Propriétés techno fonctionnelles La Fig. 5 montre l’impact du séchage par MO, convectif et par IR sur les pouvoirs de rétention d’eau (PRE) et d’huile (PRH) des écorces de citron. Les écorces séchées par MO à des puissances variantes entre 100 et 600 W présentent des PRE variant de 6,65±0,28 à 8,15±0,3 g eau/g MS. Les écorces séchées par séchage convectif et par IR présentent des PRE variant de 6,65±1,54 à 7,7±1,58 g eau/g MS et de 6,78±0,1 à 9±0,1 g eau/g MS. Les PRE les plus élevés sont obtenus pour les écorces séchées par IR à 40 et 60 °C (~9 g eau/g MS) et par MO à 300 et 450 w (~8 g eau/g MS). Ceci peut être due à l’expansion de la structure des écorces de citron sous l’effet de la haute pression intérieur générée par le séchage MO et IR (Sumnu et al., 2005). Les PRH les plus élevés sont obtenus pour les écorces séchées par IR (~2,5 g huile/g MS).

Fig. 5. Impact du séchage par MO (a), convectif (b) et par IR (c) sur les pouvoirs de rétention

d’eau et d’huile des écorces de citron ( PRE, PRH) 4. Conclusion La durée de séchage des écorces de citron varie de 2 à 5h pour le séchage convectif et de 3,5 à 10 h pour le séchage IR en diminuant la température de 60 à 40 °C. Pour le séchage MO, la durée de séchage varie de 0,17 à 0,9 h en passant de 600 à 100 W. Le séchage par MO à la puissance 450 W parait la meilleure condition de séchage permettant la préservation des phénols totaux (1,855 ± 0,016 g acide caféique/100g MS) et la réduction de la durée de séchage. L’augmentation de la température de séchage induit une augmentation de ∆E. Le

(c) (b) (a)

(b) (c) (a)



séchage par microondes à 100 W et par rayonnement IR à 40°C préservent la teinte jaune initiale des écorces de citron et engendrent les écarts de couleur les plus faibles qui sont de l’ordre de 17. Les PRE les plus élevés sont obtenus pour les écorces séchées par IR à 40 et 60 °C (~9 g eau/g MS) et par MO à 300 et 450 W (~8 g eau/g MS). Les PRH les plus élevés sont obtenus pour les écorces séchées par IR (~2,5 g huile/g MS). Références bibliographiques Babalis, S. J., & Belessiotis, V. G. (2004). Influence of the drying conditions on the drying constants and moisture diffusivity during the thin-layer drying of figs. Journal of Food Engineering, 65, 449–458. Courtois, F., Lebert, A., Duquenoy, A., Lasseran, J.C., Bimbenet, J.J., 1991. Modelling of drying in order to improve processing quality of maize. Drying Technol. 9, 927–945. Garau M.C., Simal S., Rossello C., Femenia A., 2007. Effect of air-drying temperature on physico-chemical properties of dietary fibre and antioxidant capacity of orange (Citrus aurantium v. Canoneta) by-products, Food Chemistry, 104, 1014–1024 Ghanem, N., Mihoubi, D., Kechaou, N., Boudhrioua Mihoubi, N (2012). Microwave dehydration of three citrus peel cultivars: Effect on water and oil retention capacities, color, shrinkage and total phenols content, Industrial Crops and Products, 40, 167– 177. George, S., Brat, P., Alter, P., Amiot, M.-J., 2005. Rapid determination of polyphenols and vitamin C in plant derived products. J. Agric. Food. Chem. 53 (5), 1370–1373. GIFruit, 2010. Groupement Interprofessionnel des Fruits. GIFruit, Tunisie. Grigelmo-Miguel, N. and Martín-Belloso, O., 1999. Characterization of dietary fiber from orange juice extraction. Food Research International, Vol. 31, pp. 355–361. Horner, W.F.A., 1993. Drying: chemical changes. In: Marcrae, R., Robinson, R.K., Sadler, M.J. (Eds.), Encyclopaedia of Food Science, Food Technology and Nutrition. Academic Press, London, pp. 1485–1489. Kuljarachanan, T., Devahastin, S., Chiewchan, N., 2009. Evolution of antioxidant compounds in lime residues during drying. Food Chem. 113, 944–949. Lario, Y., Sendra, E., García-Pérez, J., Fuentes, C., Sayas-Barberá, E. and Fernández-López, J., 2004. Preparation of high dietary fiber powder from lemon juice by-products. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 5, 113–117. Maskan, M., 2001. Kinetics of colour change of kiwifruits during hot air and microwave drying. J. Food Eng. 48, 169–175. Nawirska, A., & Kwasniewska, M., 2005, Dietary fibre fractions from fruit and vegetable processing waste. Food Chemistry, 91, 221–225. Perez-Gǐalvez, A., Hornero-Mendez, D., Minguez-Mosquera, M.I., 2005. Dependence of carotenoid content and temperature-time regimes during the traditional slow drying of red pepper for paprika production at La Vera county. Eur. Food Res. Technol. 221, 645–652. Pott, I., Neidhart, S., Muhlbauer, W., Carle, R., 2005. Quality improvement of nonsulphited mango slices by drying at high temperatures. Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 6, 412–419. Simal, S., Femenia, A., Garau, M. C., & Rosello´ , C. (2005). Use of exponential, Page’s and diffusional models to simulate the drying kinetics of kiwi fruit. Journal of Food Engineering, 66, 323–328. Sumnu, G., Turabi, E., Oztop, M., 2005. Drying of carrots in microwave and halogen lamp–microwave combination ovens. LWT 38, 549–553. Vega, A., Fito, P., Andrés, A., Lemus, R. 2007. Mathematical modeling of hot-air drying kinetics of red bell pepper (var. Lamuyo), Journal of Food Engineering ,79 , 1460–1466.



EFFETS DU COUPLE (TEMPERATURE / TEMPS DE SECHAGE) SUR LES QUALITES BIOCHIMIQUES ET ORGANOLEPTIQUES DE LA

POUDRE DE Ziziphus jujuba.

BENAHMED DJILALI Adiba (1), AIT RAMDANE Naima (2), CHERIK Thinhinane (2), SAHALI Lilia (2) et BENAMARA Salem (3).

1: Enseignante à l’Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou (Algérie). Laboratoire de Recherche de Technologies Douces et Biodiversité (LTDVPMB) Faculté des Sciences Université de Boumerdès (Algérie).

2: Département de Biologie Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou (Algérie).

3: Laboratoire de Recherche de Technologies Douces et Biodiversité (LTDVPMB) Faculté des Sciences Université de Boumerdès (Algérie).

Résumé Le fuit du jujube possède une importance économique indéniable, à l’état sec est un véritable concentré de sucres et de nutriments essentiels comme les fibres, le fer, le potassium, le phosphore. Il renferme aussi du ß carotène et de vitamines C et B. De part le potentiel nutritif qu’il recèle, le jujube a constitué un aliment diététique, il figure dans la liste A des plantes médicinales selon la pharmacopée française. Malgré, l’importance pharmacologique et l’intérêt alimentaire qu’on lui accorde son utilisation est limitée à l’échelle artisanale, d’ailleurs nous ne connaissons aucune industrie de transformation de jujube en Algérie. En raison du caractère saisonnier de production, la conservation du jujube sur de longues durées impose la mise en œuvre des traitements spécifiques tels que le séchage. Le présent travail s’inscrit dans le cadre de la valorisation du jujube de la région de Tipaza en vue une meilleure transformation sous forme de poudre. Pour ce faire, le processus de séchage a été optimisé. Trois températures ont été choisies sont (en °C): 55, 65 et 85. Par la suite, l’influence du couple (température/ temps de séchage) sur l’efficacité de séchage et sur les qualités biochimiques et organoleptiques de trois poudres a été étudiée. A des fins de comparaison, les trois poudres ont été fractionnées par IR puis analysées par le MEB. Le choix de la meilleure poudre de point de vue organoleptique est basé sur une Classification Ascendante Hiérarchique (CAH). Les analyses statistiques sont effectuées par le logiciel XLSTAT version 6. L’analyse des résultats obtenus révèle que, l’augmentation de la température de séchage détériore certains éléments biochimiques tels que la vitamine C et accélère les réactions de dégradation (caramélisation des sucres), néanmoins le séchage fait concentrer les sucres par rapport au fruit frais. La durée du séchage influence la qualité biochimique des poudres obtenues, les courtes périodes de séchage même aux températures élevées font garder au produit certains constituants tels que les caroténoïdes. Toutefois, l’augmentation de la température de séchage accélère le phénomène de brunissement non enzymatique qui se traduit par une augmentation de l’intensité de couleur des poudres. Les résultats d’analyse Infrarouge montrent que les trois poudres possèdent les mêmes bandes caractéristiques constituées d’un noyau benzénique et d’une triple liaison ayant une fonction alcool, une autre amine (RNH2) ou amide (RCONH2) et d’une fonction carbonyle C═O. L’analyse sensorielle et l’étude statistique ont permet de faire émerger que la poudre obtenue à 85°C présente des caractéristiques organoleptiques meilleures par apport aux poudres des jujubes séchés à 55°C et à 65°C. L’analyse de la structure microscopique des différentes poudres montre que la poudre du jujube issue du séchage à 85°C renferme des pores particulaires peuvent constituer un indice de la réactivité de cette poudre en solution et des propriétés pharmacodynamiques très intéressantes.



Mots clés : Jujube, séchage, optimisation, qualité organoleptique, propriétés pharmacodynamiques. 1. Introduction Le jujubier est un arbuste épineux moins exigeant peut se développer presque dans tous les types de sol, sauf qu’il craint les sols lourds (Rameau, 2008). Ziziphus jujuba une parmi les espèces les plus répondue sur le périmètre méditerranéen (la France, le Maroc, la Tunisie et le nord de l’Algérie surtout dans la région de Annaba et de Tipaza). La récolte est faite généralement en mois de septembre octobre, les fruits à l’état frais supportent des manipulations et le transport et se conservent bien, à l’état sec ils peuvent être entreposés pendant plusieurs années (Walali, 2003). Ce fruit possède une importance économique indéniable, à l’état sec est un véritable concentré de sucres et de nutriments essentiels comme les fibres, le fer, le potassium, le phosphore (Azam-Ali, 2006). Il renferme aussi du ß caroène et de vitamines, ce fruit par jour pourrait répondre aux exigences alimentaires en vitamines C et B tel recommandé par la FAO et l’OMS. La vitamine P dite aussi bioflavonoïdes, est présente dans Ziziphus jujuba, possède des propriétés pharmacologiques très intéressantes comme substances antioxydantes, antibactériennes, anti-inflammatoires, elle est utilisée comme substance qui stimule la production de bile, favorise la circulation sanguine et comme une substance antiallergique (Azam-Ali, 2006). De part le potentiel nutritif qu’il recèle, le jujube a constitué un aliment diététique, il figure dans la liste A des plantes médicinales selon la pharmacopée française (Bruneton, 1999). Il traite plusieurs maladies tels que: le scorbut (Boullard, 2001), le rachitisme, la kwashiorkor (Bekirs, 2009), l’anorexie (Kone et al. 2009). Cette espèce est en voie de disparition où son existence est parfois menacée et elle est souvent rejetée car son image est associée à la pauvreté (Leplaideur, 2008). Nous rappelons que la qualité organoleptique (odeur) du jujube a été déjà soulignée, cet avantage offre la possibilité de consommer ce fruit soit à l’état sec ou mélangé avec d’autres aliments. Malgré, l’importance pharmacologique et l’intérêt alimentaire qu’on lui accorde son utilisation est limitée à l’échelle artisanale. En raison du caractère saisonnier de production, la conservation du jujube sur de longues durées impose la mise en œuvre de traitements spécifiques permettant l’inactivation des enzymes tissulaires et des microorganismes. La présente étude a pour objectif d’évaluer l’influence du couple (temps température de séchage sur les qualités biochimiques organoleptiques de poudre de jujube. 2. Matériels et méthodes 2 .1. Matériel végétal L’espèce utilisée dans cette étude est Zizyphus jujuba, récoltée dans la région de Tipaza en (Septembre, Octobre, 2011). Le jujube est séché à température ambiante à l’abri de la lumière. Ce fruit a une couleur rouge foncé allant au rouge brun, d’une forme ovale-oblongue, il se compose d’un seul noyau et d’une pulpe jaunâtre et farineuse. 2.2. Méthodes d’analyses Elles se rapportent aux expériences suivantes : 2.2.1. Cinétique de séchage Le séchage a été réalisé à trois températures différentes (55°C, 65°C et 85°C) dans une étuve de type Memmert. Dans cette chambre de séchage, une masse de pulpe du jujube (500g) est coupée en petits morceaux (5×5mm mm) a été étendue sur un plateau perforé recouvert du papier aluminium lui-même perforé. L’humidité des jujubes a été déterminée après un séchage dans une étuve à 105°±2°C pendant 24 heures.



La teneur en eau réduite (Xréd) du produit a été calculée par la formule suivante :

Xréd= ��é�

��é�……………….(1)

Xréd : la teneur en eau réduite; Xéq : la teneur en eau finale (kg d’eau/kg de MS) ; X0 : la teneur en eau initiale (kg d’eau / kg de MS) ; Xt : la teneur en eau à l’instant t du séchage (kg d’eau / kg de MS). On assume que la teneur en eau à l’équilibre (Xéq) est de l’ordre de 5% pour avoir des bonnes propriétés d’écoulement (Espiard, 2002). 2.2.2. Obtention et caractérisation des poudres de jujube Le broyage a été réalisé au moyen d’un broyeur électrique à couteaux de marque SAMBROON. Les poudres sont obtenues par une séparation mécanique à travers d’un tamis de 200µm de marque « ECKHARDT ». La coupe inférieure du tamis utilisée est de 200µm et la coupe supérieure varie de 250-300µm.

2.2.3. Caractérisation physico-chimique des poudres de jujube Les méthodes utilisées sont : le pH (NF V 05-108, 1970); l’acidité titrable (NF V05-101, 1974); la teneur en eau (NF V 03-903); la teneur en éléments minéraux par spectroscopie d’absorption atomique (NF V05-113, 1972); la détermination du °Brix (NF V 05-109,1970); les sucres (Nelson, 1944); la teneur en protéines (Méthode de Kjeldhal (NF V 04-211, 1971 AFNOR, 1999); la teneur en polyphénols (Ribereau–Gayon, 1972); la concentration en caroténoïdes a été appréciée par colorimétrie, on mesure la densité optique à 450 nm ; les paramètres de couleur L*a*b* des poudres de jujubes sont déterminés à l’aide d’un colorimètre MINOLTA CM 2025.

2.2.4. Morphologie des poudres L’examen de la microstructure (structure, taille et la forme des particules) des poudres issues de séchage du jujube à 55°C, 65°C et 85°C a été étudié en utilisant le microscope électronique à balayage de marque PHILIPS ESEM XL.30 à filament de tungstène au sein de l’Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou. Le MEB fournit des informations sous forme d’images lumineuses, résultats d’interaction d’un faisceau d’électrons avec un volume microscopique de l’échantillon étudié.

2.2.5. Analyse sensorielle des poudres L’analyse sensorielle a été réalisée par un panel de dégustateurs composé de 27 personnes de l’Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou. Le test de classement a été établi selon l’acceptabilité générale par ordre décroissant. Afin de choisir la meilleure poudre de jujube, nous avons fait appel à une Classification Ascendante Hiérarchique (CAH) qui est basée sur le calcul de distances euclidiennes. Cette méthode est appréhendée pour comparer deux à deux les trois poudres afin de choisir la meilleure poudre sur le plan texture, couleur, odeur et gout. Des tests de comparaison de moyennes des variables ont été effectués pour savoir quelles moyennes, prises 2 à 2 étaient significativement différentes au seuil choisi. Les tests de Duncan et Tukey ont été appliqués en utilisant le logiciel Statistica, version 6.

3. Résultats et discussion 3.1. Résultats des caractéristiques physico-chimiques des poudres La pulpe de jujube est riche sucre (65%) en moyenne et présente une teneur élevée en eau (25%) en moyenne. Le tableau ci-dessous donne les résultats de la caractérisation biochimique des différentes poudres de jujube. Nous avons constaté que, l’augmentation de l’intensité du séchage influence négativement les teneurs en sucres totaux (82,75%, 53,33% et 40,83%) dans le fruit de jujube séché



respectivement à 55°C, 65°C et 85°C. Ceci est dû au phénomène de caramélisation qui s’accentue avec l’augmentation de la température. En outre, la diminution des taux en sucres réducteurs est due d’une part à la réaction de Maillard et d’autre part à la cristallisation en saccharose suite à la déshydratation par la chaleur (Ancellin, 2004).

Tableau 1 : Résultats d’analyses physicochimiques des trois poudres du jujube.

En revanche, la teneur en caroténoïdes est supérieure dans la poudre issue d’un séchage à 85C° (1,51±0,01mg/gMS), suivie par celle issue d’un séchage à 65°C et à 55°C respectivement (0,99±0,03, 0,92±0,01 mg/gMS). Ceci pourrait être dû à la résistance des caroténoïdes à la chaleur (Cheftel, 1975). Par ailleurs, le broyage et l’homogénéisation mécanique améliorent la biodisponibilité du bêta-carotène dans les aliments, ainsi qu’une forte extraction est due essentiellement à la destruction des tissus cellulaires avec l’augmentation de la chaleur (Pallet, 2000). L’augmentation de la température et la diminution du temps de chauffage s’accompagnent à une meilleure rétention des vitamines (Belliot, 2003), ceci approuve une meilleure conservation de vitamine C (0,19±0,01mg/100gMS) en séchant à 85°C pendant 21 heures contrairement les deux autres températures une bonne conservation est obtenue pendant des durées plus longues. 3.2. Résultats de cinétique de séchage L’élimination de l’eau à partir de la pulpe de jujube est plus rapide (21h) à des températures de séchage élevée (85°C) contrairement à des températures baisses (55°C et 65°C) les durées de séchage sont importantes (39h et 31h) respectivement. Nous avons constaté que les courbes de séchage du jujube à 65°C et 85°C se superposent et significativement que celle obtenue à 55°C (Figure non présentée ici). En effet, l’augmentation de l’intensité du séchage influence la couleur des poudres, les trois poudres issues du séchage à 55°C, 65°C et 85°C présentent des valeurs a*(greenness) identiques de 10,89, 11,20 et 11,41 respectivement. Quand à la valeur la plus élevée de b* (yelowness), revient à la poudre issue du séchage à 55°C (20,92), suivie par la poudre obtenue à 65°C (19,76) contrairement à la poudre issue du séchage à 85°C qui présente une valeur

Paramètres Teneurs moyennes

Poudre a (55°C)

Poudre b (65°C) Poudre c (85°C)

pH à 22°C 4,62±0,02 4,70±0,02 4,59±0,01

Humidité(%) 4,93 4,99 4,69

Taux de cendres(%) 1,82±0,20 2,26±0,06 2,52±0,003 Acidité titrable (g d’acide citrique

pour 100g de produit 0,74±0,09 0,94±0,05 1,12±0,03

TSS (°Brix)% 70 75 80

La teneur en vitamine C (mg/100g) 0,38±0,02

0,20±0,02 0,19±0,01

Teneur en Caroténoïdes (mg/g MS)

0,92±0,01 0,99±0,03 1,51±0,01

Teneur en sucres (g/l)

Sucres totaux 82,75±0,02 53,33±1,08 40,83±1,03

Sucres réducteurs

30,38±0,014 25,30±1,50 20,85±1,18

Saccharose 50,27±0,08 26,90±0,09 19,18±1,02



faible de l’ordre de 13,34. Ces résultats confirment la coloration marron des trois poudres de jujube avec des intensités différentes (Fig 1), permettant ainsi de les classer selon l’intensité de la couleur comme suit : la poudre (a) est la plus claire, la poudre (c) est la plus foncée, quand à la poudre (b) a une couleur intermédiaire entre les deux premières poudres citées. Cette variation de la coloration en fonction de la température de séchage pourrait être attribuée à une différence de la texture granulaire des trois poudres (Fig 2) et aussi à une différence de la teneur en caroténoïdes.

Figure 1 : Photos des poudres des jujubes séchés ((a) :55°C, (b): 65°C et (c):85°C).

3.3. Résultat d’analyse de la structure microscopique des poudres L’observation microscopique des trois poudres (Fig 2) révèle que la texture des trois poudres est formée de grain de tailles et de formes différentes. La poudre issue du séchage à 55°C présente une texture colmatée sous forme des agglomérats et elle est plus hygroscopique (riche en saccharose) par rapport à celles obtenues à 65 et 85 °C. Cependant, la texture de la poudre issue du séchage à 85°C est composée de multi pores particulaires qui peuvent constituer un indice de réactivité de la poudre en solution et elle peut jouer d’autres propriétés pharmacodynamiques. Il est intéressant d’utiliser la poudre du jujube séché à 85°C.

Figure 2 : Photos des poudres des jujubes séchés (a):55°C, (b): 65°C et (c):85°C).à

observées par le microscope électronique à balayage (G 200µm, 3.4. Résultats de l’analyse IR La spectroscopie IR permet une analyse qualitative et quantitative des sucres renseignant sur leur nature et leur état (sucres, cristallisation). Les spectres IR (Fig 3) montrent l’apparition des mêmes bandes caractéristiques pour les trois poudres analysées sauf pour la poudre issue du séchage à 85°C révèle deux bandes nouvelles à 3317 et à 3519cm-1. Ces deux bandes sont attribuées au (amines ou amides) et la bande caractéristique à 818 (benzène) présente seulement dans les deux poudres issues du séchage du jujube à 55 et 65°C.

Figure 3: Spectres IR de poudre des jujubes séchés

((a) :55°C, (b): 65°C et (c):85°C).

(a) (b) (c)

(a)

(b)

(c)

(a) (b) (c)



L’intensité des pics caractéristiques des trois spectres de la poudre obtenue à 85°C est la plus importante en comparaison avec les deux autres obtenues à 55 et 65°C. Cette différence est expliquée par l’intensité de la température de séchage qui modifie l’intégrité des poudres (formation des nouveaux composés issus du phénomène de caramélisation). 3.5. Qualité organoleptique des poudres Les critères organoleptiques (odeur, goût, texture et couleur) des trois poudres de jujube sont significativement (p<0,05) influencées par la température de séchage et la durée de séchage. Le test de Tukey permet de grouper les trois poudres de jujube en deux groupes différents : le premier regroupe les deux poudres du jujube séché à 55°C, à 65°C qui sont identiques du point de vue critères organoleptiques (ont la même distance euclidienne) et le deuxième groupe présente la poudre du jujube séché à 85°C (qui montre une meilleure distance euclidienne). La figure 4 présente seulement les deux dendrogrammes de trois poudres de jujube critères goût et couleur.

Figure 4 : Dendrogrammes de trois oudres de jujubes séchés à 65°C, 75°Cet à 85°C (1 : goût,

2 : couleur)

4. Conclusion L’augmentation de l’intensité de séchage modifie d’une part l’intégrité des poudres par la formation de nouvelles bandes caractéristiques attribuées aux amines et amides, ceci accorde une structure granulaire de poudres qui peut constituer un indice de la réactivité en solution et des propriétés pharmacodynamiques très intéressantes et d’autre part, elle influence les qualités organoleptiques plus particulièrement l’intensité de couleur. En effet, la poudre du jujube séché à 85°C présente des qualités nutritionnelles et organoleptiques meilleures : la richesse en sucres (54,682 g/l), en protéines (1,875%), en vitamine C (211,2 mg/l), en éléments minéraux (0,254 %) et en substances bioactives tels que les polyphénols (0,23 %), elle renferme une meilleure distance euclidienne selon la CAH par rapport aux poudres des jujubes séchés à 65°C et à 75°C. Cette poudre peut être utilisée dans l’industrie alimentaire pour la substitution complète du saccharose ordinaire, et elle peut servir comme excipient en industrie pharmaceutique. 5. Références bibliographiques ANCELLIN R., SAUL C., THOMANN C. et COIPEL M. (2004). Glucides et santé : Etat

des lieux, évaluation et recommandations.Edition AFSSA. pp 28.

Distances Euclidiennes

4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5

Distance Agrégation

Poudre de jujube à 85%



Distances euclidiennes

4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8

Distance d'agrégation


Poude de jujube à 75%


(1) (2)



AZAM-ALI S., BONKOUNGOU E., BOWE C., DEKOCK C., GODARA A. et WILLIAMS J.T. (2006). Ber and other jujubes. Edition Southampton Centre for Underutilised Corps.pp 18-20-21-22-23.

BRUNETON J. (1999). Pharmacognosy, phytochimistry and medicinal plants. Ed TEC et DOC LAVOISIER.

CHEFTEL J.C et CHEFTEL H. (1975).Introduction à la biochimie et à la technologie des aliments. Ed Technique et Documentation .Tome 1.pp.

ESPIARD, E., (2002). Introduction à la transformation industrielle des fruits. Ed. Tech et DocLavoisier, pp147-155.

LEPLAIDEUR M.A (2008). Savoir traditionnel des trésors inestimables. Spore le magazine bimestriel du Centre technique de coopération agricole et rurale (CTA). Éd CTA. pp380.

PALLET D., REYNES M., BRAT P., DORNIER M. et VAILLANT F. (2000).Influence de quelques procédés sur la composition en micronutriments de fruit tropicaux. Maison de la technologie. CIRAD .Montpellier. France.

RAMEAU J-C., MAUSIO D., DUME G. et GAUBERVILLE C. (2008). Flore forestière française (guide écologique illustré). Ed Agro Paris Tech-ENGREF.

WALALI L. et SKIREDJ A. (2003).Transfert de technologie en agriculture. Fiches techniques : N°108. L’avocatier, le chérimolier, le kaki, le jujubier. Bulletin mensuel d’information et de liaison du PNTTA .pp.4.



ELABORATION ET CARACTERISATION DES COMPOSITES A BAS E DE FLUORAPATITE ET DE VERRE BIOACTIFS

N. JMAL, J. BOUAZIZ

Laboratoire de Chimie Industrielle, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, B. P. 1173, 3038, Sfax, Tunisie

[email protected] [email protected]

I-Introduction L’étude des biomatériaux destinés à substituer les os humains a connu ces dernières années une avancée importante. Plus particulièrement les phosphates de calcium tels que le phosphate tricalcique et l’hydroxyapatite synthétique sont largement utilisés en clinique. Des études in vivo ont montré que les verres bioactifs effectuent un lien avec l'os plus rapidement que d'autres biocéramiques, et d’autres études in vitro indiquent que leurs propriétés ostéogéniques sont dues à leurs produits de dissolution stimulant les cellules ostéoprogénitrices. Les travaux de recherches visent de nos jours les composites à base de verre bioactif vu sa capacité à stimuler la régénération osseuse plus que d’autres céramiques bioactives. Certaines des raisons qui ont freiné l’utilisation des bioverres comme substitut osseux sont de nature commerciale, mais d'autres sont dues aux limitations des scientifiques. Par exemple, il est difficile de produire des modèles de verre bioactif poreux par fusion-trempe pour la régénération osseuse à partir du bioverre 45S5 parce qu'il cristallise au cours du frittage. Récemment, le problème de frittage peut être évité en synthétisant le bioverre par le procédé sol-gel, où le réseau de silice est formé à la température ambiante. Afin d’améliorer d’avantage les propriétés de ces matériaux, cette étude porte sur l’élaboration de composites céramiques-verres bioactifs synthétisés par le procédé sol-gel. L’idée est de créer des réseaux céramiques-verres interpénétrés où la fluorapatite est dispersée de façon homogène dans la matrice de verre bioactif. II-Synthèse de la fluorapatite La méthode adoptée dans ce travail pour la synthèse de la fluorapatite est la voie douce [Heughebaert J.C., 1977]. Cette méthode consiste à ajouter goutte à goutte à l’aide d’une pompe péristaltique pendant trois heures, une solution (A) de sel de calcium sur une solution (B) contenant le di-ammonium hydrogénophosphate, du fluorure d’ammonium et de l’ammoniaque. La solution (A) a été obtenue en dissolvant 70,8g de nitrate de calcium Ca(NO3)2,4H2O dans 750 ml d’eau distillée préalablement dégazée par ébullition afin de la débarrasser du gaz carbonique dissous. La solution (B), préparée dans un ballon de deux litres, contenait 23,76g de di-ammonium hydrogénophosphate (NH4)2HPO4, 4,44 g de fluorure d’ammonium (NH4F), 750 ml d’eau distillée dégazée et une quantité d’ammoniaque pour que le pH soit compris entre 8 et 9. Au cours de la synthèse, le pH du milieu réactionnel est contrôlé à des intervalles de temps réguliers. Chaque fois qu’il est nécessaire, des corrections de pH ont été menées par ajout de quantité convenable d’ammoniaque. Le schéma réactionnel se présente comme suit :

6(NH4)2HPO4(s)+10Ca(NO3)2(s)+2NH4F(s)+6NH3(aq)→Ca10(PO4)6F2(s)+20NH4NO3(aq)+6H2O Après réaction, le précipité obtenu subit les opérations suivantes : - Une filtration,



- Un lavage à l’eau chaude, - Un séchage à l’air ambiant, - Un séchage à l’étuve à 70°C pendant 12h, - Une calcination à une température bien déterminée suivant l’utilisation de la poudre. III-Synthèse du composite fluorapatite-verre bioactif Les échantillons ont été préparés à partir de tetraethyoxysilane [TEOS, Si(OC2H5)4], de triethylphosphate [TEP, OP(OC2H5)3], de nitrate de calcium [Ca(NO3)2 4H2O] et de fluorapatite [Ca10(PO4)6F2]. La synthèse des composites fluorapatite-verre bioactifs comprend les étapes suivantes [HENCH L., 1998] :

1- Préparation du gel, 2- Vieillissement, 3- Séchage, 4- Consolidation, 5- Densification.

Dans un premier temps, le TEOS est versé graduellement dans un mélange d’eau distillée, d’alcool et d’acide avec un rapport R égale à 8 (R = x mol d’eau/ y mol TEOS), sous agitation pour l’hydrolyse partielle de TEOS. Le triethylphosphate est ajouté ensuite au mélange tout en gardant l’agitation. Puis le nitrate de calcium, dissous dans l’eau distillée, est ajouté graduellement. Enfin la fluorapatite est ajouté à différent rapport massique. Tout le mélange est maintenu sous agitation jusqu'à gélification. Dans un second temps, le gel est vieilli à 70°C pendant 3 jours et séché à 150°C durant 52h. Pendant cette étape des réactions de réticulation au sein du gel conduisent à un rétrécissement des porosités ce qui provoque l’expulsion du solvant vers l’extérieur du gel : c’est le phénomène de synérèse. La troisième étape consiste à éliminer la phase liquide interstitielle du composite fluorapaite-gel : c’est le séchage. Durant cette étape la texture du composite initial est profondément influencée. Le rétrécissement irréversible du réseau de particules pendant cette opération mène à une modification de la texture avec une augmentation spectaculaire des propriétés mécaniques ; un gel mou est progressivement transformé en solide poreux « le xerogel ». Ce matériau contient des impuretés adsorbées, qui seront éliminées aucours du traitement thermique ultérieur. Pendant cette étape, la plupart des gels s'émiettent en morceaux - le processus de rétrécissement induit des contraintes qui provoquent la rupture de la phase solide. L'étape de séchage est ainsi cruciale pour obtenir des gels monolithiques secs. Les composites fluorapatites-gels secs sont soumis à un traitement thermique pour convertir le solide poreux en un composite ayant une phase vitreuse homogène exempt de porosité. Cette consolidation est provoquée par un processus de frittage, la force motrice étant l'énergie superficielle élevée du gel ; l’élimination des pores se produit par un mécanisme d'écoulement visqueux. Au cours de ce traitement, le départ des résidus organiques, des nitrates et de l’eau de constitution peut provoquer la rupture du monolithe. Cette étape doit être menée avec soin car la fermeture prématurée des pores peut provoquer le gonflement possible de la masse due à l'expansion des résidus gazeux. Le composite fluorapatite-verre est finalement obtenu seulement si le processus de consolidation est plus rapide que le procédé concurrent de dévitrification. Tous les deux sont gouvernés par le rapport (temps/η). Ainsi, quoique l'étape de séchage soit cruciale, le monolithe peut encore être détruit pendant la densification.



IV-Caractérisation du composite fluorapatite-gel IV.1-Analyses Thermiques Les thermogrammes d’analyses thermiques différentielles (ATD) du gel ainsi que celui du composite fluorapatite-gel synthétisés avec l’acide nitrique, présentent deux pics endothermiques (figure.1), Le premier est situé à 100°C, correspondant à la déshydratation. Le second apparaît vers 230°C, correspondant au départ des composés volatils. Les thermogrammes d’analyse thermogravimétrique du gel ainsi que celui du composite fluorapatite-gel synthétisés avec l’acide nitrique sont donnés sur la figure.1. On observe trois pertes de masse. La première, se produisant entre l’ambiante et 140°C, est relative au départ de l’eau adsorbée, cette perte est de 7,5%. La deuxième, s’effectuant entre 180 et 330°C, correspond probablement à l’élimination des composants organiques volatils, elle est de l’ordre de 20%. La troisième, entre 350 et 550°C avec une valeur de 6%, est attribuée au départ des résidus organiques et des nitrates.

Figure.1 : Thermogrammes ATD et ATG du gel et du composite fluorapatite-gel synthétisés

avec l’acide nitrique Les thermogrammes d’analyses thermiques différentielles (ATD) du gel ainsi que celui du composite fluorapatite-gel synthétisés avec l’acide orthophosphorique (figure.2) présentent les mêmes pics endothermiques que ceux observés dans la courbe ATD du gel préparé avec l’acide nitrique. Les thermogrammes d’analyse thermogravimétrique du gel ainsi que celui du composite fluorapatite-gel synthétisés avec l’acide orthophosphorique sont donnés sur la figure.2. On observe trois pertes de masse. La première, se produisant entre l’ambiante et 110°C, est relative au départ de l’eau adsorbée, cette perte est de 6%. La deuxième, s’effectuant entre 170 et 340°C, correspond probablement à l’élimination des composants organiques volatils, elle est de l’ordre de 17%. La troisième, entre 340 et 500°C avec une valeur de 5%, est attribué au départ des résidus organiques et nitrates.

IV.2-Analyse par diffraction des rayons X Les diffractogrammes (figure.3 et 4) des gels présentent un halo diffus relatif à une phase amorphe. Les diffractogrammes des composites présentent en plus de cet halo diffus les pics relatifs à la fluorapatite (JCPDS fiche 15-0876).

-3

-2

-1

0

1

2

3

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 100 200 300 400 500 600

Température (°C)

TG

(%)

He

at

Flo

w (

µV

)

100

100

90-10F

90-10F

Endo

A. N.



Figure.2 : Thermogrammes ATD et ATG du gel et du composite fluorapatite-gel synthétisés

avec l’acide orthophosphorique

Figure.3 : Diffractogrammes des rayons X du gel et du composite fluorapatite-gel synthétisés

avec l’acide nitrique

IV.3-Analyse par spectroscopie infrarouge (IR) Les spectres IR des gels et des composites fluorapatite-gel sont donnés dans la figure.5. Les bandes d’absorption qui apparaissent à 470, 570, 602 et 900-1100 cm-1 sont relatives au groupement phosphate PO4

3- (tableau.1). Les bandes d’absorption détectées à 798 et 1350 cm-1 correspondent aux groupements HPO4

2- et CO32- respectivement, présents comme impuretés

dans la poudre de fluorapatite initiale [Hidouri M. 2004, Razavi M. 2010].

IV.4-Analyse par RMN-MAS du solide L’analyse par RMN-MAS du solide de l’élément phosphore 31P des gels a montré un seul pic vers -2,29 ppm (figure.6). La présence de ce singulet prouve l’existence d’un seul environnement autour du phosphore. Par contre, les spectres des composites présentent deux

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 100 200 300 400 500 600

He

at

Flo

w (

µV

)

Température (°C)

TG

(%)

90-10F

90-10F

100

100

Endo

A. P.

A. N.

0 10 20 30 40 50

F

FF

F

FF

F

FF

F

F

F

F

F FF

90-10F

100

2 Theta



pics vers -2,29 et 2,82 ppm ce qui implique la présence de deux atmosphères autour du phosphore.

Figure.4 : Diffractogrammes des rayons X du gel et du composite fluorapatite-gel synthétisés

avec l’acide orthophosphorique

Figure.5 : spectres IR du gel et du composite fluorapatite-gel synthétisés avec l’acide nitrique

(A. N.) et l’acide orthophosphorique (A. P.)

L’analyse par RMN-MAS du solide de l’élément silicium 29Si des gels et des composites présentent trois pics vers -92,3, -101,82 et -110,95 ppm ce qui implique la présence de trois environnement autour du silicium correspondant respectivement à Q3 organisé, Q3 désorganisé et Q4 [Singh S. P., 2005].

0 10 20 30 40 50

A. P.

FF

F

FF

F

FF

F

FF

FF

F

F

F

90-10F

100

2 Theta

1600 1200 800 400

A. P.

1430

1350

1050

962

798

602

570

470

Nombre d'onde (cm -1)

100

90-10F

1600 1200 800 400Nombre d'onde (cm -1)

90-10F

100

470

570

605

798

962

1050

1350

1437

A. N.



Tableau.1 : Bandes relatives au groupement de PO43- de la fluorapatite [Khattech I., 1996]

Nombres d’ondes (cm-1) Attributions des bandes

Bandes caractéristiques Bandes relevées sur le spectre

478 470 PO43- : déformation symétrique

571-601 570 - 605 PO43- : déformation antisymétrique

962 962 PO43- : élongation symétrique

1046-1097 1050 PO43- : élongation antisymétrique

Figure.6 : Spectres RMN-MAS 31P et 29Si du gel et du composite fluorapatite-gel synthétisés

avec l’acide nitrique (A. N.) et l’acide orthophosphorique (A. P.) Références bibliographiques Heughebaert J.C., Thèse de INP, Toulouse, 1977. HENCH L ., The concept, Sol-gel Silica, 1998, p. 1-7. Hidouri M., Bouzouita K., Aissa A., Debbabi M., Étude structurale des fluorapatites contenant du magnésium en substitution, C. R. Chimie 7, 2004, p. 699-705. Razavi M., Fathi M.H., Meratian M. , Fabrication and characterization of magnesium-fluorapatite nanocomposite for biomedical applications, Materials characterization, 2010, vol. 61, p.1363-1370. Khattech I., Thèse d’état de l’université de Tunis, 1996. Singh S. P., Trigg M., Burgar I., Bastow T., Geopolymer formation processes at room temperature studied by 29Si and 27Al MAS-NMR, Materials Science and Engineering, 2005, A 396, p. 392-402.

-50 -100 -150

29Si

ppm

A. P.

A. P.

A. N.

A. N.

90-10F

90-10F

100

I

+

*+ : Q3 organisé : Q3 désorganisé : Q4

--

-*

*

*

*

++

+

-100

40 20 0 -20 -40

90-10F

ppm

- 2,2

92,

82

90-10FA. N.

A. P.

A. P. 100

A. N. 100

31P



EFFET DE L’INTEGRATION DE L’ASSAISONNEMENT SUR LAQUALITE ET LE SECHAGE DE LA VIANDE SALEE A SEC AU

COURS DE L’ELABORATION DU KADDID MERIEM CHABBOUHA,1, SIHEM BELLAGHA A,1, ALI SAHLI A,2

aInstitut National Agronomique de Tunisie, 43 Av. Charles Nicolle 1082Tunis- Tunisie

1 Laboratoire d’Economie, Sciences et Technologies Alimentaires, INAT

2 Laboratoire de Maîtrise des Technologies de l’Energie (LMTE), Centre de Recherche et des Technologies de l’Energie (CRTE), BP 95, Hammam Lif, 2050, Tunisia

[email protected], [email protected], [email protected]

Résumé L’effet de l’assaisonnement sur les qualités chimique et microbiologique et les cinétiques de séchage de la viande salée à sec a été étudié. L’assaisonnement de la viande salée pendant 24h réduit les teneurs en eau et en sel du produit mais augmente son activité d’eau.De plus, il modifie la qualité microbiologique du produit par l’accroissement de sa charge microbienne en FAMT, coliformes totaux et ASR. Le prétraitement de la viande salée par assaisonnement réduit le temps de séchage du Kaddid. Les diffusivités apparentes de l’eau au cours du séchage du Kaddid assaisonné et non assaisonné ont été déterminées. Le modèle de Jason a montré une bonne aptitude à la prédiction des cinétiques expérimentales de séchage du Kaddid assaisonné et non assaisonné. Mots Clés: Kaddid, viande, assaisonnement, salage, séchage, modélisation, qualité. 1. Introduction En Tunisie le Kaddid est élaboré traditionnellement durant les festivités de l’Aid par salage, assaisonnement et séchage au soleil de la viande bovine ou ovine. Les modalités de salage et de l’assaisonnement du Kaddid varient selon les régions du pays. Le salage du Kaddid se fait soit par saumurage soit par salage à sec [1] alors que l’assaisonnement du Kaddid reste facultatif et le choix des ingrédients dépend des mœurs. L’utilisation des épices et herbes aromatiques dans l’élaboration des produits carnés a été pratiquée depuis longtemps pour la préservation du produit d’une part et l’amélioration de sa flaveur d’une autre part. Plusieurs chercheurs ont étudié les effets des épices sur la viande et les produits carnées en testant leurs activités antimicrobienne et antioxydante [2,3]. C’est dans ce contexte que se situe l’objectif de ce présent travail qui consiste à explorer en premierlieu l’effet de l’assaisonnement sur les qualités chimiqueet microbiologique de la viande salée à sec. Ensuite, l’impact de l’intégration de l’étape d’assaisonnementdans l’élaboration du Kaddid sur le processus du séchage a été investigué par une étude expérimentale et théorique des cinétiques de séchage convectif à 30°C de la viande salée et de la viande salée assaisonnée.

2. Matériel et méthodes 2.1 Préparation de la matière premièreet des épices La matière première utilisée est une viande bovine à 48 heures post mortem qui a été prélevée du gîte à la noix (muscle biceps femoris) et découpée en morceaux de dimensions moyennes de 5cm x 2 cm x 0,5 cm. La pâte d’épices a été élaborée en mélangeant de l’ail frais (33%), du piment rouge (43%), ducoriandre (21%) et de la menthe (3%). Le piment rouge, la coriandre et la menthe ont été préalablement desséchés et broyés. 2.2 Procédures de salage, de l’assaisonnement et du séchage



Les échantillons de viande bovine ont été salés à sec en les recouvrant d’une couche de sel finjusqu’à atteinte de l’équilibre salin entre viande et saumure environnante. Le salage de la viande a duré 8 heures [1].L’assaisonnement a été réalisé en mélangeant les échantillons de viande salés avec la pâte d’épicesavec un rapport massique entre épices et viande salée de 0,15g/1g. L’étape de l’assaisonnement a duré 24 heures.Le séchage des échantillons de viande salée et salée assaisonnée a été conduit dans un séchoir convectif à une température d’air de 30°Cet une vitesse d’air de 1.5 ms-1. 2.3 Détermination de la diffusivité apparente Dans le cas d’une plaque infinie, si le transfert de matière (eau) est unidirectionnel, qu’il n’y a

pas changement de volume, que la diffusivité apparente Da est considérée constante, que la teneur en eau est homogène dans le produit et que la résistance au transfert de matière externe est négligeable, la variation de la teneur moyenne en eau X mesurée au cours du tempst, est donnée par la solution analytique de la 2ème loi de Fick proposée par Crank [4] (equation 1) :

( ) ( )

+−

+−=

−−= ∑

∞

=2

22

022

0

0 12exp12

181

L

tDn

nXX

XXX a

ner

ππ

(1)

Où Xr (-) est la teneur en eau réduite,X (kg d’eau/ 100 kg MS) est la teneur en eau au temps t, X0(kg d’eau/ 100 kg MS) est la teneur en eau initiale, Xe(kg d’eau/ 100 kg MS) est la teneur en eau à l’équilibre,Da est la diffusivité apparente de l’eau (m2.s-1), t est la durée de séchage (s) et L est l’épaisseur de la plaque (m). 2.4 Modélisation Le modèle de Jasonà trois paramètres (a, b et k) [5] modifié par Wuttijummong [6] a été testé pour la prédiction des cinétiques de séchage des échantillons de viande traitée (Equation 2) : ).exp()1()exp( tkbatkaXr ⋅−−+⋅−⋅= (2) Le choix du modèle de Jason a été porté sur sa bonne performance dans la prédiction des cinétiques de séchage de la viande salée [7,8]. 2.4 Analyses chimiques Les teneurs en eau et en sel ontété déterminées selon les normes AOAC[9].La mesure du pH a été réalisée par un pH-mètre étalonné auparavant (Orion Star, Thermo Fisher scientific, USA).La mesure de l’activité d’eau a été effectuée par aw-mètre « HygroLab 3 » (Rotronic France, Croissy Beaubourg, France).Toutes les analyses ont été réalisées en triplicata. 2.5 Analyses microbiologiques La qualité microbiologique de la pâte d’épices, de la viande salée avant et après assaisonnement et après 24 heures d’assaisonnement a été évaluée par la recherche et dénombrement de la flore aérobie mésophile totale, des coliformes totaux et fécaux, des Anaérobies Sulfito-Réducteurs, des levures et moisissures, des bactéries lactiques, des clostridium perfringens, des staphylococcus aureus et des Salmonelles selon le protocole décrit par Tomlinson [10].La conformité de la qualité microbiologique des différents échantillons de viande traitée est validée selon les critères présentés par Afssa[11]. Celle de la pâte d’épices a été évaluée selon les normes ICMF[12].Toutes les analyses ont été réalisées en triplicata. 2.6 Analyses statistiques Pour estimer la diffusivité apparente de l’eau, l’équation 1a été lissée aux données expérimentales des cinétiques de séchage. L’aptitude du lissage a été évaluée par le calcul de la valeur de la moyenne des carrés des erreurs (MCE).



L’aptitude du modèle de Jason à la description des cinétiques de séchage a été testée par le calcul des paramètres statistiques : coefficient de détermination (r2) et Erreur Standard (ES). La différence statistiquement significative entre les moyennes des traitements « sans assaisonnement », « avec assaisonnement » et «après 24h d’assaisonnement » a été évaluée par l’analyse de la variance (ANOVA) suivi de test de Tuckey à un intervalle de confiance de 95% (p<0.05). Les calculs statistiques ont été réalisés par le logiciel STATISTICA, version 10 (StatSoftInc, Maison Alfort, France)

3. Résultats et discussion 3.1 Effet de l’assaisonnement sur la qualité chimique de la viande salée Au cours de l’élaboration du Kaddid, la qualité chimique de la pâte d’épices, de la viande salée à sec avant et après assaisonnement et à la fin de la phase d’assaisonnement a été analysée. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 1.

Tableau 1: Caractéristiques chimiques de la pâte d’épices, de la viande salée à sec avant et après assaisonnement et après 24h d’assaisonnement.

Paramètres chimiques

Echantillons Pâted’épices

Viande Sale à sec

Viande salée à sec et assaisonnée

Viande salée à sec et assaisonnée pendant 24h

pH 4,81 ± 0,06a 5,25 ± 0,05b 5,34 ± 0,04b 5,22 ± 0,06b aw 0,894 ± 0,001c 0,772 ± 0,003a 0,771 ± 0,003a 0,803 ± 0,002b Teneur en eau* 49,52 ± 0,10a

54,18 ± 0,31c 52,63 ± 0,27b 51,70 ± 0,17b Teneur en sel* 5,39 ± 0,04a 15,94 ± 0,22c 13,60 ± 0,13b 14,53 ± 0,90b a,b,c,d Différentes lettres dans la même ligne indique une différence statistiquement significative (p<0.05), (*) : exprimées en kg eau. 100kg-1MF. L’assaisonnement de la viande salée n’affecte pas son pH ni son activité d’eau. Cependant il réduit les teneurs en eau et en sel du produit de 2,86% et 14,68% respectivement. Ce résultat pourrait être attribué au fait que les épices utilisés ont des teneurs en eau (49,52 %MF) et en sel (5,39 % MF) moindres que celles de la viande salée (tableau1). Après 24 heures d’assaisonnement, seule l’activité d’eau de la viande salée a subi un changement significatif en passant d’une valeur moyenne de 0,771à une valeur moyenne de 0,803.Cette augmentation est due à l’utilisation d’un mélange d’épices ayant une activité d’eau plus importante que celle du produit traité. 3.2 Effet de l’assaisonnement sur la qualité microbiologique de la viande salée Les résultats des analyses microbiologiques montrent que tous les échantillons de viandes analysés obéissent aux critères d’hygiène imposés par la Afssa par l’absence des germes pathogènes : clostridium perfringens, staphylococcus aureus et salmonelles (tableau2). Cependant la pâte d’épices présente une charge microbienne en FAMT (6,51 log UFC/g) supérieure au seuil imposé par l’ICMSF (6 log UFC/g). Plusieurs chercheurs ont constaté la forte contamination des épices qu’ils attribuent aux mauvaises conditions sanitaires dans les zones de culture de tels produits [13,14].Par la suite, l’assaisonnement de la viande salée à sec par la pâte d’épices a induit non seulement l’accroissement de sa charge en FAMT de 4,90% mais également celle des coliformes totaux de 42,06%, des coliformes fécaux de 18,18%, levures et moisissures de 6,93% et des bactéries lactiques de 13,21%. La viande salée à sec est exempte d’anaérobies sulfito-réducteurs (ASR) contrairement aux épices qui présente un taux moyen de 2,70 log UFC /g (tableau 2). L’ajout d’épices à la viande salée a causé sa contamination et sa charge en ASR a atteint la valeur de 2,82 log UFC /g.



Tableau 2: Caractéristiques microbiologique de la pâte d’épices, de la viande salée avant et après assaisonnement et après 24h d’assaisonnement (log UFC/g)

Germes recherchés (log UFC/g)

Echantillons

Pâted’épices Viande Saléeà sec

Viande salée à sec et assaisonnée

Viande salée à sec et assaisonnée pendant 24h

Flore aérobie mésophile toatale

6,51d 5,30a 5,56b 5,92c

Coliformes totaux 4,89d 2,52a 3,58c 3,21b Coliformes fécaux 3,54c 2,42a

2,86b 2,30a

Anaérobies SulfitoRéducteur 2,70a ND 2,82a 2,60a

Staphylocoques totaux 5,68b 4,57a

4,52a 4,56a

Levures et Moisissures 5,65b 5,19a 5,55b 5,32a Bactéries Lactiques 3,40b 2,80a 3,17b 2,47a Clostridium perfringens ND ND ND ND Staphylococcus aureus ND ND ND ND Salmonelles ND ND ND ND

a,b,c,d Différentes lettres dans la même ligne indique une différence statistiquement significative (p<0.05), ND : non détecté. La viande salée à sec présenteune charge moyenne en staphylocoques totaux comparable à celle observée dans la viande salée et assaisonnée. Après 24heures d’assaisonnement, la charge moyenne en staphylocoques est restéestable contrairement aux coliformes totaux et fécaux, bactéries lactiques et levures et moisissures qui ont subi une réduction significative de 10,34%, 19,58%, 22,08% et 4,14%. Ces résultats peuvent être attribués à la sensibilité de ces germes aux facteurs environnementaux d’activité d’eau (inférieur à 0,9), de teneur en sel élevée [15] (14,53 kg. 100kg-1) et d’activité antimicrobienne des épices observée par certains auteurs dans les produits carnés [2,3]. 3.2 Effet de l’assaisonnement sur les cinétiques de séchage de la viande salée Les cinétiques de séchage à 30°C de la viande salée à sec et de la viande salée et assaisonnée pendant 24 heures sont illustrées dans la figure 1. Le prétraitement de la viande salée par l’assaisonnement a permis de réduire le temps de séchage du Kaddid (fig. 1). En effet, après 14h de séchage la viande salée a une teneur en eau moyenne de 54,66 kg. kg-1MS. Dans le cas de la viande salée et assaisonnée, la teneur en eau atteinte est moindre (32,48 kg. kg-1MS). Comme le montre le tableau 1, la pâte d’épices présente une teneur en eau (49,52 kg. kg-1MS) plus faible que celle de la viande salée (54,18 kg. kg-1MS). Ce gradient de concentration a induit durant les 24 heures d’assaisonnement une première déshydratation par transfert d’eau de l’intérieur de la viande à la surface de la couche d’épices. La figure 1 montre aussi que durant la première phase de séchage, la vitesse de séchage de la viande salée et assaisonnée est plus importante que celle constatée pour la viande salée non assaisonnée. Ces observations pourraient être attribuées à une migration d’eau de la couche des épices plus rapide que celle de la surface de la viande salée à cause de la différence de structure entre les épices et la viande salée.

3.3 Détermination de la diffusivité apparente de l’eau du Kaddid assaisonné et non assaisonné Les diffusivités apparentes de l’eau au cours du séchage de la viande salée sans et avec assaisonnement ont été calculées (tableau 3). La valeur de diffusivité apparente de l’eau déterminée au cours du séchage de la viande salée à sec et assaisonnée (4,80 x 10-10 m2.s-1) est



deux fois plus importante que celle obtenue dans le cas de la viande salée sans assaisonnement (2,41 x 10-10 m2.s-1).

Figure 1 : Données expérimentales et calculées des cinétiques de séchage à 30°C de la

viande salée à sec avec et sans assaisonnement Tableau 3 : Diffusivité apparente de l’eau au cours du séchage (30°C, 1,5 m.s-1) de la

viande salée à sec sans et avec assaisonnement. Echantillon Da (m

2.s-1) MSE (%)

Viande salée à sec 2,41 x 10-10 0,17

Viande salée à sec assaisonnée 4,80 x10-10 0,10

3.4 Modélisation des cinétiques de séchage Le tableau 4 présente les valeurs calculées des paramètres dumodèle de Jason testé pour la description des cinétiques de séchage de la viande salée avant et après assaissonnement.

Tableau 4 : Analyse statistique du lissage des données expérimentales de séchage de la viande salée et de la viande salée et assaisonné par le modèle de Jason.

Echantillon Paramètres du modèle Paramètresstatistiques

a k b ES r2 Viande salée à sec 0,296 1,636 0,038 0,008 0,998

Viande salée à sec et assaisonné 0,122 1,889 0,101 0,021 0,996

La figure 1 ainsi que les valeurs élevées de r2 calculées (Tableau 4) montre que le modèle testé permet la prédiction des données expérimentales du séchage aussi bien de la viande salée que celles la viande salée assaisonnée. De plus, le tableau 4 montre que la vitesse de séchage, décrite par la constante de séchage (k) du modèle de Jason, augmente quand la viande salée subit un traitement d’assaisonnement avant séchage ce qui confirme l’effet de l’assaisonnement sur les cinétiques de séchage observée (Tableau 3). 4. Conclusion L’assaisonnement de la viande salée à sec pendant 24h réduit ses teneurs en eau et en sel et augmente son activité d’eau. Il augmente également la charge microbienne du produit en FAMT, coliformes totaux et ASR sans pour autant affecter la qualité sanitaire du produit. L’intégration de la phase d’assaisonnement dans l’élaboration du Kaddid réduit le temps du processus du séchage convectif à 30°C. Les valeurs de diffusivités apparentes de l’eau au

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Ten

eur

en e

au(k

g ea

u/ 1

00kg

M

S)

Durée de séchage(h)

salée à sec

salée à sec et assaisonnée



cours du séchage du Kaddid non assaisonné et assaisonné calculées sont respectivement2,41 x 10-10 m2.s-1et 4,80 x 10-10 m2.s-1. Le modèle de Jason peut être utilisé pour la prédiction des cinétiques du séchage du Kaddid avec ou sans considération de l’étape de l’assaisonnement. Références [1] Chabbouh M, Ben Hadj Ahmed S, Farhat A, Sahli A and Bellagha S. 2012. Studies on

the salting step of Tunisian Kaddid meat: Experimental kinetics, modeling and quality. Food and Bioprocess Technology, 5: 1882–1895.

[2] Toldrá F. 2007. Spices and Seasonings. In: Handbook of fermented meat and poultry. Blackwell Publishing Professional (1st ed.), Iowa, USA, pp. 87-100.

[3] Kanatt SR, Chander R and Sharma A. 2008. Chitosan and mint mixture: A new preservative for meat and meat products. Food Chemistry, 107, 845–85.

[4] Crank J.1975. The mathematics of diffusion. Clarendon Press (2nd ed). Oxford, U K, 414p.

[5] Jason AC. 1965. Drying and dehydration. In:Fish as food (3), G. Borgstrom (Ed.), London: Academic Press, pp. 1–54.

[6] Wuttijummong P.1987. Studies on moisture sorption isotherms, salting kinetics and drying behaviour of fish. Kensington, NSW: The University of New South Wales. PhD thesis.

[7] Chabbouh M, Hajji W, Ben Hadj Ahmed S, Farhat A, Bellagha S and Sahli A. 2011. Combined Effects of Osmotic Dehydration and Convective Air Drying on Kaddid Meats: Kinetics and Quality. Drying Technology(29): 1571–1579.

[8] Bellagha S, Sahli A, Farhat A, Kechaou N and Glenza A. 2007. Studies on salting and drying of sardine (Sardinellaaurita): Experimental kinetics and modeling, Journal of Food Engineering,78: 947-952.

[9] AOAC: Association of Official Analytical Chemists. 2000. 39. Meat and Meat Products. [10] Tomlinson LA. 1995. Food and drug administration bacteriological analytical manual.

(8th ed). Gaithersburg: AOAC International. [11] Afssa: Agence française de sécurité sanitaire des aliments 2008. Saisine n° 2007-SA-

0174, Saisine liée n° 2006-SA-0215. Annexes A2 & D1. [12] ICMSF: International Commision on Microbial Specifications for Foods. 2005. Spices,

herbs, and vegetable seasonings.In: Micro-organisms in foods (6), microbial ecology of food commodities. Kluwer Academic/Plenum Publishers (2nd ed.), London, pp. 360-372.

[13] McKee LH. 1995. Microbial Contamination of Spices and Herbs: A review. LWT, 28: 1-11.

[14] Shamsuddeen U. 2009. Microbiological quality of spice used in the production of Kilishi a traditionally dried and grilled meat product. Bayero Journal of Pure and AppliedSciences, 2(2): 66- 69

[15] Jay MJ. 2005. Intrinsic and Extrinsic Parameters of Foods That Affect Microbial Growth, in Modern Food microbiology.Spinger (7th ed.), USA, pp. 39-49.



EXPERIMENTAL DETERMINATION OF SORPTION ISOTHERMS OF TOW AROMATIC HERBS: SAGE AND VERBENA

Pr M. KOUHILA

Université Cadi Ayyad, Laboratoire d'Energie Solaire et Plantes Aromatiques et Médicinales (LESPAM), Ecole Normale Supérieure, B.P 2400, Marrakech, Morocco

[email protected]

Abstract Verbena (Lippia citriodora) and sage (Salvia officinalis) are the most produced and consumed aromatic herbs in Morocco. The present work consists of determining by experiment the sorption isotherms of these tow plants. The sorption isotherms are obtained at three temperatures (25, 40 and 50°C) by using saturated salt solutions method. The experimental sorption isotherms of verbena and sage are then described by Hendeson’s model and compared. Keywords: sage, sorption isotherms, verbena. INTRODUCTION The medicinal and aromatic plants have a great importance for pharmaceutical industry and traditional medicine in Morocco. Sage and verbena are produced during May & October. Sage is used to perfume the foods, to preserve the beauty, and to calm the asthma crises. Verbena is used to calm nervous and digestive troubles (Cazin, 1997, Kouhila, 2001). The objective of this work is to obtain data on adsorption isotherms of verbena and sage. These curves describe the hygroscopic equilibrium with the ambient medium under constant conditions of temperature and humidity. At the end of drying process, the moisture content of product reaches a thermodynamic equilibrium that is characterised from the sorption isotherms. The curves of sorption express the hygroscopic equilibrium states of a given product. Their determination constitutes an indispensable stage for better understanding the problems bound to the modelling of drying processes (Lamharrar et al., 2007). Using an experimental approach, these equilibrium curves are determined by the saturated salt solutions method and described by Hendeson’s model (Lahsasni et al., 2004).

MATERIAL AND METHOD Sorption method The sorption method is based on the use of saturated salt solutions to maintain a fixed relative humidity Rh. Although this method requires a long time for the hygroscopic equilibrium to be attained, it has the advantage of presenting a more restricted domain of the moisture content variation. The mass transfer between the product and the ambient air are assured by natural diffusion of the water vapour. The atmosphere surrounding the product has a fixed relative humidity for every temperature imposed to the salt solution (Kouhila et al., 2001, 2002). The salt is dissolved in distilled water at a temperature, which is 20°C higher than the working one, until obtaining a saturated solution where the liquid phase is in equilibrium with the salt crystals. Then, the prepared solution is cooled until attaining the working temperature. To avoid the formation of concentration gradient in the liquid phase, the salt solution is agitated from time to time. Six salts (KOH, MgCl

2, K

2CO

3, NaNO

3, KCl and BaCl

2) are

chosen so as to have a range of relative humidity: Rh = aw = 5 to 90 %.



Experimental set-up The experimental apparatus is presented in Figure 1. It consists of six bottles of one litre each with an insulated closing. Every bottle is filled to quarter depth with a saturated salt solution. A sample holder containing 0.1 g of aromatic plant is put on a tripod, which is introduced in the bottle. Each bottle contains a different salt solution so as to have a relative humidity, which varies from 5 % to 90 %. The bottles are immersed in a thermostated water bath adjusted at a fixed temperature during 24 h so as to adapt the salt solutions with a stationary temperature. Before putting the six samples of product in the bottles, they are submitted to dehydration in an oven regulated at a temperature of 50°C until reaching a maximum dehydration. The water is added to the thermostated bath every week so as to substitute for the evaporated quantity (Boutaleb, 1997, Lamharrar et al., 2007 , Lahsasni et al. 2004).

Figure 1. Experimental apparatus for the sorption isotherms measurement:

(1) thermostated bath, (2) bottle containing salt solution, (3) flask containing product, (4) tripod and (5) salt solution

The six samples are weighed every five days in order to determine their equilibrium moisture content Xeq. Every sample is then placed into the bottle. As soon as the six masses become stationary, the experiment is stopped and the samples are weighed and placed in a drying oven whose temperature is fixed at 105°C. This operation lasts six or seven hours, until the six masses do not vary anymore with time. The objective of this last operation is to determine the dry masses of the six samples. The difference of mass before and after drying in the oven allows having the moisture content of the product at hygroscopic equilibrium: Xeq = (Mw-Md)/Md. The temperature of the thermostated bath is changed and the same experiment is repeated for the tow plants at T=25, 40 and 50°C.

RESULTS AND DISCUSSION The verbena and the sage used in the sorption isotherms experiments were grown in the region of Marrakech. The equilibrium moisture contents Xeq of the tow plants obtained for tow values of temperature (40 and 50°C) are presented in Figures 2-5. At the hygroscopic equilibrium, the water exchanges between air and the product attains an equilibrium and the activity of water aw becomes identical to the equilibrium relative humidity Rh. The equilibrium moisture content increases with decreasing temperature at constant relative humidity. The sorption isotherms, of the tow plants, obtained by experiment for three temperatures are regrouped in Figures 6-7. By fitting these experimental data, it is noticed that these curves can be described perfectly by polynomial functions. By comparing the sorption isotherms of the tow products at T=40°C (Figure 8), it can be noticed that at constant relative humidity, the equilibrium water content of sage is superior to



verbena’s one. This result means that if the storage temperature is 40°C, in an ambience whose relative humidity is fixed, verbena must be dried until attaining a final moisture content which is inferior to sage’s one.

Figure 2. Sorption curve of sage at T= 40 °C

Figure 3. Sorption curve of sage at T=50 °C

Figure 4. Sorption isotherm of verbena at

T=40°C

Figure 5. Sorption isotherm of verbena at

T=50°C

Figure 6. Influence of temperature on the equilibrium

moisture content of sage

Figure 7. Influence of temperature on the equilibrium

moisture content of verbena

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Experimental data (sage)Curve fit

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Eq

uili

bri

um

mo

istu

re c

on

ten

t X

eq (

% d

b)

Equilibrium relative humidity Rh

T= 40 °C

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Experimental data (sage)Curve fit

Eq

uili

bri

um

mo

istu

re c

on

ten

t X

eq (

% d

b)


T = 50 °C

0

2

4

6

8

10

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Experimental data (verbena)Curve fit

Eq

uili

bri

um

mo

istu

re c

on

ten

t X

eq (

% d

b)


T = 40 °C

0

2

4

6

8

10

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Experimental data (verbena)Curve fit

Equ

ilibr

ium

moi

stur

e c

onte

nt (

% d

b)


T = 50 °C

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

T = 25 °CT = 40 °CT = 50 °C

Eq

uili

briu

m m

ois

ture

co

nte

nt X

eq (

% d

b)


Sage

0

2

4

6

8

10

12

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

T = 25 °CT = 40 °CT = 50 °C

Eq

uili

briu

m m

ois

ture

co

nte

nt X

eq (

% d

b)


Verbena



Figure 8. Comparison between the sorption isotherms of sage and verbena at T = 40°C Fitting of the sorption isotherms To fit the curves of sorption, several empirical equations have been proposed for the correlation of the equilibrium moisture content with the equilibrium relative humidity of the air surrounding food product (Belghit et al., 2000, Kouhila, 2001). To take into account the influence of temperature on hygroscopic equilibrium and make interpolations, the model of Henderson is used because it has the advantage of describing the whole sorption isotherm at different temperatures. The equation expressing this model is given bellow:

n1

eq 492) T (1.8k

Rh) 1ln( Rh) ,T(X

+−−

= (1)

This equation allows calculating the sorption isotherms at various temperatures. The constants k and n in Equation (1) depend on the temperature and characterise the product. To determine k and n, Equation (1) is written under the form:

nln (Xeq) + ln (k) = ln (- ln (1 - Rh)) – ln (1.8T + 492) (2)

Equation (2) has the shape of a straight-line equation: Y= nX + b, with k= exp (b). By plotting Y as a function of X, the values of k and n are determined for the tow plants at T= 40°C (Table 1).

Table 1: Henderson’s constants for sage and verbena calculated at T=40°C

n k Sage 1.916 23.5×10-6

Verbena 2.410 14×10-6

Using these coefficients, the sorption isotherms of sage and verbena are predicted by Henderson’s equation at T=40°C. The representation of these results are shown in Figures 9-10. Figures 9-10 show that the predicted curve by Henderson’s model and the experimental data have practically the same rate. This means that Henderson’s model is satisfactory for the prediction of the sorption isotherms of aromatic plants.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Verbena sorption curve for T=40°CSage sorption curve for T=40°C

Equ

ilibr

ium

moi

stur

e co

nten

t X

eq (

% d

b)

Equilibrium relatrive humidity Rh



Figure 9. Comparison between experimental and predicted sorption isotherm of sage

using Henderson’s equation at T=40°C

Figure 10. Comparison between experimental and predicted sorption isotherm of verbena

using Henderson’s equation at T=40°C

In order to study the influence of temperature, the sorption isotherms of the tow products are calculated at other temperatures (20, 40, 60 and 80°C) by injecting in Equation 1 the values of k and n. Figures 11-12 show that the equilibrium moisture content of product decreases when the temperature increases.

Figure 11. Sorption isotherms of sage predicted by Henderson’s model for T = 20, 40, 50, 60 and 80 °C

CONCLUSION The isotherms of sorption of sage and verbena have been determined by experiment and approached by Henderson’s model. The saturated salt method can be used successfully for determination of the equilibrium moisture content of aromatic herbs. The calculation of Henderson’s constants allows determining the sorption isotherms of the tow plants at various temperatures. Henderson’s model proved to be satisfactory for the prediction of the experimental data obtained. The experimental results show that the sorption isotherms of sage and verbena follow the general curve given by Multon et al. (1980) and that the Henderson’s equation gives a better fit for aromatic herbs. The knowledge of the equilibrium moisture content of aromatic plants is useful for the numerical modelling of heat and mass transfers during the drying process (Jamali et al., 2006). It can be concluded that temperature has an effect on sorption isotherms.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Experimental dataHenderson's model

Eq

uili

briu

m m

ois

ture

co

nte

nt X

eq (

% d

b)


T = 40 °C

Sage

0

2

4

6

8

10

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Experimental dataHenderrson's model

Eq

uili

briu

m m

ois

ture

co

nte

nt X

eq (

% d

b)


T = 40 °C

Verbena

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

T = 20 °CT = 40 °CT = 50 °CT = 60 °CT = 80 °C

Equ

ilibr

ium

moi

stur

e c

onte

nt X

eq

(% d

b)


Sage



The equilibrium moisture content increases with decreasing temperature at constant water activity.

Figure 12. Sorption isotherms of verbena predicted by Henderson’s model for T = 20, 40, 50, 60 and 80 °C

REFERENCES

Belghit, A., Kouhila, M. & Boutaleb, B.C. (2000), Experimental study of drying kinetics by

forced convection of aromatic plants, Energy Conversion and Management, vol. 41, no 12, pp. 1303-1321.

Boutaleb, B.C. (1997), Etude expérimentale du séchage convectif de plantes médicinales: application à la sauge et à la verveine, Thèse de Doctorat de 3ème cycle, Université Cadi Ayyad, Marrakech, Morocco.

Cazin, F.J. (1997), Traité pratique et raisonné des plantes médicinales indigènes, Editions. Jalons des savoirs, Paris.

Jamali A. Kouhila M., Ait Mohamed L., Jaouhari J.T., Idlimam A., Abdenouri A. (2006). Sorption isotherms of Chenopodium ambrosioides leaves at three temperatures, Journal of Food Engineering, vol. 72(4), pp. 77-84.

Kouhila M., Kechaou N., Otmani M., Fliyou M. & Lahsasni, S. (2002). Experimental study of sorption isotherms and drying kinetics of Moroccan Eucalyptus globulus, Drying Technology, vol. 20(10), pp. 2027-2039.

Kouhila M. (2001). Étude expérimentale et théorique de cinétiques de séchage convectif partiellement solaire des plantes médicinales et aromatiques (menthe, verveine, sauge et eucalyptus) de la région de Marrakech, Thèse de Doctorat d’Etat, Université Cadi Ayyad, Marrakech, 170 p.

Lahsasni S., Kouhila M. & Mahrouz M. (2004a). Adsorption-desorption isotherms and heat of sorption of prickly pear fruit (Opuntia ficus indica), Energy conversion and Management, vol. 45(2), pp. 249-261.

Lamharrar A., Idlimam A., Kane C. S. Ethmane, Jamali A., Abdenouri N., Kouhila M. (2007). Sorption isotherms and drying characteristics of Artemisia arborescens leaves, Journal of Agronomy, vol. 6(4), pp. 488-498.

Multon, J.L., Trenteseaux, E. & Guilbot, A. (1980), Méthode rapide de détermination des isothermes de sorption de l’eau par les solides, Lebensm. wiss. Technol., Vol. 4, no 6, pp. 184-186.

0

2

4

6

8

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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

T = 20 °C

T = 40 °CT = 50 °CT = 60 °CT = 80 °C

Equ

ilibr

ium

moi

stur

e co

nten

t Xeq

(%

db)


Verbena



CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DE LA TOMATE

H. BEN SALAH, D. MIHOUBI

Centre de Recherches et des Technologies de l’Energie, Laboratoire des Procédés Thermiques, B.P. 95, 2050 Hammam-Lif, Tunisie

[email protected]

Résumé L’objectif de ce travail est d’étudier certaines propriétés physiques de quatre variétés de tomate (Cerise, Ruby, Arcoli, et Top Sport). Les résultats obtenus permettent d’identifier pour chaque variété les évolutions expérimentales et théoriques de la masse volumique ainsi que le volume spécifique en fonction de la teneur en eau du produit. Les résultats de l’évolution du volume spécifique, pour les différentes variétés, en fonction de la teneur en eau suit une fonction linéaire. Les résultats de lissage des isothermes de sorptions montrent que le modèle de G.A.B est le modèle le plus efficace pour toutes les variétés dans la gamme de température variant de 30 à 70°C. Mots clés : tomate, séchage, isothermes de désorption, retrait, masse volumique I- Introduction La connaissance des propriétés physiques et thermodynamiques des produits agroalimentaires nécessitant une opération de séchage lors de leur transformation est essentielle pour le contrôle et la prédiction du comportement du produit au cours du séchage. Cette caractérisation permet non seulement d’examiner les propriétés du produit en relation avec le séchage et d’enrichir les bases de données disponibles sur le produit examiné. La détermination des isothermes de désorption permet de fixer la teneur en eau à atteindre en fin de séchage (critère de fin de l’opération de séchage), les conditions aérothermiques permettant d’atteindre cette limite ainsi que l’estimation de l’énergie (chaleur isostérique) nécessaire pour assurer la déshydratation du produit (Mihoubi, 2011). Au cours du séchage la majorité des produits agroalimentaires subissent un retrait non négligeable. Les éléments constitutifs de la structure se resserrent les uns contre les autres sous l’effet de forces internes. Ce phénomène de retrait peut avoir une grande influence sur l’évolution de la masse volumique du produit. La masse volumique et le retrait interviennent dans le calcul des différentes caractéristiques du produit, ainsi la connaissance de leurs évolutions en fonction de la teneur en eau peut aider à caractériser le comportement du milieu étudié lors du séchage. La tomate est un produit de forte importance socioéconomique pour la Tunisie. La tomate est riche en eau, sur le plan nutritionnel, elle fournit notamment une grande quantité de vitamine C (Diplock et al., 1998), de minéraux et oligo-éléments. Elle est également très agréable à déguster grâce à la grande quantité d'eau qu'elle contient, à savoir 94 grammes pour 100 grammes. La tomate contient des antioxydants, principalement des caroténoïdes, dont le taux le plus important est le lycopène qui définit sa couleur rouge vif. L’activité antioxydant de la tomate est aussi assurée par différents composés phénoliques (Van den Berg et al., 2000; Rao & Agarwal,1999). Dans ce travail, les isothermes de désorption de quatre variétés de tomates sont étudiées. Le phénomène de retrait et l’évolution de la masse volumiques en fonction de la teneur en eau sont examinés.



II- MATERIEL ET METHODES II-1 Matière première Les quatre variétés utilisée dans cette étude sont la tomate Cerise, la tomate Ruby, la tomate Arcoli, et la tomate Top Sport. La tomate cerise est généralement considérée comme proche des précurseurs sauvages de la tomate cultivée, Son nom scientifique est Lycopersicon esculentum cerasiforme. Cette variété est classée parmi les très belles tomates, de petite taille, de couleur rose clair à rose foncé de poids moyen 20 grammes. La tomate Ruby est classée comme celle d'une cerise, mais de taille plus grande et de forme plus ronde. Sa couleur est le plus souvent rouge à la maturité, même il en existe des variétés à fruits jaunes. La tomate Arcoli est un gros fruit de couleur rouge et de forme allongée avec une extrémité ronde de type Roma, son poids moyen 95 gramme. Cette variété est destinée à l’industrie. Ce fruit est de forme ronde, son poids moyen est de 120-150 grammes. Il est de couleur rouge et il est classé parmi les variétés à chaire fine. II-2 Isothermes de désorption Le produit est placé dans un dessiccateur étanche à l’intérieur duquel une solution d’acide sulfurique de concentration fixée assure le maintien d’une humidité relative constante. Les expériences ont été réalisées pour différentes températures (30, 50 et 70°C) et pour une gamme d’activité de l’eau variant de 0,01 à 0,98. II-3 Masse volumique et retrait La méthode utilisée est basée sur le principe d'Archimède. Etant donné que la masse volumique ne dépend pas des conditions de séchage mais uniquement de la teneur en eau du produit, on a procédé à l'étude de la variation de la masse volumique en fonction de la teneur en eau. Pour ce faire, plusieurs échantillons sont placés dans l’étuve à 70°C. Les échantillons sont retirés de l'étuve périodiquement et leurs masses dans l'air et dans l'eau sont mesurées. III RESULTATS ET DISCUSSION III-1 Isothermes de désorption Les figures 1, 2, 3 et 4 présentent les courbes des isothermes de désorption de la vapeur d’eau sur la tomate (Cerise, Ruby, Arcoli et Top sport) pour des différentes températures, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C et 70°C. Ces courbes représentent l’évolution de la teneur en eau d’équilibre wéq en fonction de l’activité de l’eau dans le produit (aw).

Figure 1 : Isothermes de désorption de tomate Arcoli obtenues à différentes

températures



La figure 1 présent les isothermes de désorption de la tomate Arcoli pour les températures 30°C, 40°C, 50°C, 60°C et 70°C. Elles sont de type II selon la classification de B.E.T, la teneur en eau d’équilibre augmente avec l’augmentation de l’activité de l’eau pour une température donnée. Les isothermes de sorption de la vapeur d’eau sur la tomate Arcoli sont de forme sigmoïde pour la plupart des températures étudiées, caractéristique des matériaux amorphes riches en composant hydraulique. L’augmentation de la température avec un pas de 10°C induit une diminution de la teneur en eau d’équilibre. Mais cette variation est faible pour des activités d’eau inférieures à 0,7.

Figure 2 : Isothermes de désorption de tomate Top Sport obtenues à différentes

températures

La figure 2 montre que les isothermes de désorption de tomate Top Sport est de type II selon la classification de B.E.T, pour les activités inférieures à 0,7. La teneur en eau d’équilibre est faible ne dépasse pas 0,5 kg/kg (b.s). Si on maintient constante l’activité de l’eau, une augmentation de la température aboutit à une diminution de la quantité d’eau désorbée.

Figure 3 : Isothermes de désorption de tomate Cerise obtenues à différentes

températures Les isothermes de désorption de la vapeur d’eau sur la tomate cerise, à différentes températures, sont présentées sur la figure 3. Elles sont de type II selon la classification de B.E.T. La teneur d’équilibre croit, à une température constante, lorsque l’activité de l’eau



croit. Dans l’intervalle d’activité en eau de 0,2 à 0,61. L’effet de la température est important dans la gamme 30-50°C. Par contre, il devient faible dans la gamme 50-70°C. Pour les activités de l’eau inférieures à 0,2. La teneur en eau d’équilibre varie faiblement avec la température.

Figure 4 : Isothermes de désorption de tomate Ruby obtenues à différentes températures La figure 4 présente les isothermes de désorption de tomate Ruby à 50, 60 et 70°C. Elles sont de type de II selon la classification de B.E.T. La teneur en eau diminue avec l’augmentation de la température. Cette variation est faible dans l’intervalle de l’activité en eau de 0,2 à 0,76. III-2 Masse volumique et retrait La figure 5 présente l’évolution de la masse volumique pour chaque variété de la tomate en fonction de la teneur en eau.

Tomate Arcoli

Tomate Top Sport

Tomate Cerise

Tomate Ruby

Figure 5 : Evolution de la masse volumique de tomate en fonction de la teneur en eau



D’une part on peut remarquer que chaque variété est caractérisée par sa propre courbe d’évolution. D’autre part on remarque que la masse volumique croit avec la diminution de la teneur en eau pour atteindre son maximum pour une teneur en eau 3,09 kg/kg (b.s) pour la tomate Arcoli et 0,94 kg/kg (b.s) pour la tomate Top Sport ensuite elle subit une diminution. En effet, au début du séchage la diminution de la masse est proportionnelle à la variation du volume ensuite on aura la variation de masse (perte d’eau) avec une faible variation de volume. Les autres variétés montrent une augmentation de la masse volumique qui atteint le maximum pour une faible teneur en eau 0,08 kg/kg (b.s) pour la tomate Cerise et 0,11 kg/kg (b.s) de la tomate Ruby. La perte en eau s’accompagne par une variation importante du volume jusqu’à la fin du séchage. Pendant le séchage, l’évolution du volume spécifique pour ces variétés décroit avec la décroissance du teneur en eau, ce qui montre que la déformation des produits est influencée par la perte d’eau. L’évolution du volume spécifique en fonction de la teneur en eau suit une loi linéaire (figure 6).

Tomate Arcoli

Tomate Top Sport

Tomate Cerise

Tomate Ruby

Figure 6 : Evolution du volumique spécifique de tomate en fonction de la teneur en eau Les résultats de lissage du volume spécifique et les expressions de la masse volumique des tomates sont présentés dans les tableaux suivants: CONCLUSION La caractérisation thermo-physique de quatre variétés de tomate a été effectuée. On a déterminé les isothermes de sorption de la vapeur d’eau sur la tomate qui sont de type II et sont influencées par la température: plus la température augmente plus la teneur en eau d'équilibre du produit diminue. On a montré que les modèles de GAB, Henderson et Peleg décrivent bien l’évolution de la teneur en eau d’équilibre en fonction de l’activité de l’eau aux différentes températures étudiées.



Table 1 : Volume spécifique des quatre variétés de tomate

Table 2 : Masse volumique des quatre variétés de tomate

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES Mihoubi. D., Séchage des milieux déformables, Habilitation Universitaire, ENIG, (2011) Rao, A. V., & Agarwal, S. (1999). Role of lycopene as antioxidant carotenoid in the prevention of chronic diseases: a review. Nutrition research, 19(2), 305–323. Van den Berg, H., Faulks, R., Fernando Granado, H., Hirschberg, J., Olmedilla, B., Sandmann, G., Southon, S., & Stahl, W. (2000). The potential for the improvement of carotenoid levels in foods and the likely systemic effects. Journal of the Science of Food and Agriculture, 80, 880–912. Diplock AT, Charleux JL, Crozier-Willi G, Kok FJ, Rice-Evans C, Roberfroid M, Stahl W, Vina-Ribes J (1998). Functional food science and defence against reactive oxidative species. Br J Nutr 80 (Suppl): 77-112.



ETUDE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DE SECHAGE CONVECTIF DE LA TOMATE

H. BEN SALAH, D. MIHOUBI

Centre de Recherches et des Technologies de l’Energie, Laboratoire des Procédés Thermiques, B.P. 95, 2050 Hammam-Lif, Tunisie

[email protected]

Résumé L’objectif de ce travail est d’effectuer une investigation expérimentale et mathématique des transferts d’eau pendant le séchage des tomates. L’étude des cinétiques du séchage convectif établis à 40, 50 et 60°C confirme l’effet bien connu de la température. La vitesse de séchage augmente avec l’augmentation de la température. Un modèle théorique simple décrivant le couplage hydro-thermique des transferts est développé et nous a permis de prédire l’évolution de la teneur et de la température moyenne du produit au cours du séchage. Mots clés : tomate, séchage convectif, modélisation de séchage I- Introduction Le séchage, l’une des plus anciennes techniques de conservation dans le domaine agroalimentaire, peut être considéré comme étant une opération ayant double objectif: atteindre une stabilité finale du produit et avec le minimum de dépenses énergétiques. L'une des particularités de la tomate est qu’elle est riche en eau, sur le plan nutritionnel, elle fournit notamment une grande quantité de vitamine C (Diplock et al., 1998), de minéraux et oligo-éléments. L’activité antioxydant de la tomate est aussi assurée par différents composés phénoliques (Van den Berg et al., 2000; Rao & Agarwal,1999) Ces dernières années, certaines industries en Tunisie se sont fortement investies dans l’aménagement des espaces prévus pour le traitement des tomates ainsi que l`emploi des nouvelles technologies agricoles pour aboutir à un produit fini parmi les plus compétitifs : la tomate sèche " Chriha". Les tomates séchées sont utilisées comme ingrédients pour de nombreuses préparations. Les meilleures tomates pour le séchage sont celles d’été, celles qui ont été mûries par le soleil, ayant une couleur rouge foncé. La production de tomates séchées est destinée en grande partie à l’exportation vers l’Italie, la France et l’Allemagne. Le mode de séchage le plus utilisé est le séchage convectif. Le but de ce travail et d’étudier expérimentalement et théoriquement les cinétiques de séchage convectif de tomate. II- Matériel et méthodes II-1 Matière première Quatre variétés de tomates ont été utilisée dans cette étude : la tomate Cerise, la tomate Ruby, la tomate Arcoli, et la tomate Top Sport. Les tomates fraîches sont stockées à 4°C (1 à 10 jours) jusqu’à leur utilisation pour les expériences de séchage. II-2 Protocole expérimental de séchage L’expérience consiste à placer une tranche de tomate coupée longitudinalement sur un support placé en face d’un ventilateur dans une étuve de type BINDER ajustée à la température de consigne. La variation de la masse de tranche de tomate en fonction du temps est pesée de façon continue à l’aide d’une balance de précision 10-3 g de type OHAUS. Les températures de l’échantillon humide et de l’air ambiant de l’étuve sont suivies à l’aide des thermocouples



de type J et K. Les thermocouples sont liés à une chaîne d’acquisition de type AGILENT, L’acquisition de la masse et des températures sont effectuées sur un PC. Le séchage a été effectué à 50, 60 et 70°C. Chaque expérience de séchage a été triplée.

III- Résultats et discussion III-1 Cinétique de séchage Une augmentation de la température aboutit à un accroissement de la vitesse de séchage et surtout pendant la première phase.

Figure 1 : Evolution de la teneur en eau

moyenne en fonction du temps et de température de séchage

Figure 2 : Evolution de la température de surface du produit

Etant donné qu’une augmentation de la température de l’air séchant provoque une augmentation du flux chaleur reçu par le produit. L’évolution de la teneur en eau de chaque variété au cours du séchage convectif est représentée par la courbe qui décrit l’évolution de la teneur en eau adimensionnelle (wad=w/wi) en fonction de temps (figure 1). On observe



nettement les trois périodes de séchage couramment rencontrées en séchage convectif classique (figure 2). III-2 Modélisation des cinétiques de séchage Le modèle physique L’échantillon de la tomate utilisé pour les expériences de séchage est une tranche coupée longitudinalement ainsi que pour la simulation on prend la même forme pour laquelle toutes les surfaces extérieures sont alimentées par un flux de chaleur convectif (figure 3).

Figure 3 : Configuration physique

L’équation de conservation de masse La tomate est considérée comme un produit saturé formé de deux phases: la phase liquide et la phase solide. L’équation de la conservation de masse s’écrit : ��

�� = −ℎ ∗ �(�)

�� (��). ��,� − (��). ��

hm : coefficient de transfert massique. Rv : la constante des gaz parfaits. aw : l’activité en eau. Hr : l’humidité relative. Ts,p : la température de la surface d’échange du produit. ��: la température de l’air séchant. A(w): la surface extérieure du produit. L’équation de conservation d’énergie L’équation de la conservation d’énergie s’écrit : �[�� +�� "�]�� = ℎ ∗ �(�)��∞ − ��,�" − �$ . %&

En utilisant l’équation précédente et l’équation de conservation de masse on peut écrire : ��

�[�� + ��"�]�� = ℎ ∗ �(�)��∞ − ��,�" + ��%� ��

Cpe : Capacité calorifique de l’eau. Cps : Capacité calorifique du solide. h : Coefficient d’échange thermique par convection. Simulation du séchage convectif Dans la partie expérimentale du séchage convectif, on a fait subir les mêmes conditions de séchage pour les quatre variétés de tomates. Dans cette partie, on présente l’influence de la



température, de l’humidité relative et de la vitesse de l’air séchant. La validation du modèle est faite par confrontation de la teneur en eau expérimentale et théorique en fonction du temps pour la tomate Ruby (Figure 4).

Figure 4 : Evolution de la teneur en eau moyenne théorique et expérimentale

D’après la figure 4 on remarque que la courbe qui décrit l’évolution de la teneur en eau moyenne (théorique) en fonction du temps obtenue par la simulation suit la même allure que celle obtenue par l’expérience. L’écart existant entre les deux résultats peut être justifié par l’utilisation de valeurs approchées de certains paramètres thermo-physiques dans la simulation. Influence de la température L’augmentation de la température est suivie par une diminution de la durée de la phase isenthalpique (figure 5), avec une augmentation de la vitesse moyenne du séchage en fonction de la teneur en eau (Figure 6). Ceci est confirmé par les cinétiques expérimentales. Ceci résulte d'une part de l'augmentation du flux de chaleur apporté par l'air au produit et d’autre part de l'accélération de la migration interne de l'eau. L'accroissement de la température du produit modifie non seulement l'activité de l'eau mais exerce aussi une influence sur le coefficient de diffusion de l'humidité et dans une moindre mesure sur l’enthalpie de vaporisation.

Figure 5 : Evolution de la température moyenne

en fonction du temps

Figure 6 : Evolution de la teneur en eau moyenne en fonction du temps

Effet de l’humidité relative L’humidité évolue dans le sens contraire du pouvoir évaporatoire, ceci provoque une augmentation de la durée de la phase isenthalpique avec l’augmentation de l’humidité relative (figure 7). De même l’évolution de la teneur en eau moyenne est ralentie en fonction du temps. Ce qui explique l’augmentation de la phase préchauffant pour l’évolution de la vitesse moyenne (Figure 8). Une augmentation de l’humidité relative de l’air séchant induit une



diminution du flux isenthalpe. En effet le pouvoir évaporateur de l’air évolue dans le sens contraire de l’humidité : ainsi pour un air saturé (HR =100%) la vitesse de séchage est nulle. Effet de la vitesse de l’air séchant L’augmentation de la vitesse de l’air séchant induit une augmentation de la vitesse du séchage. La figure (9) présente une évolution de la température en fonction du temps et on observe bien que la température moyenne du produit atteint la température de l’air plus rapidement lorsque la vitesse de séchage augmente. la rapidité du séchage augmente quand le temps de séchage passe de 40000 s à 25000 s. Ceci est essentiellement dû à une augmentation de la convection à la surface du produit avec la vitesse de l'air

Figure 7 : Evolution de la température

moyenne en fonction du temps Figure 8 : Evolution de la teneur en eau

moyenne en fonction du temps

Figure 9 : Evolution de la température moyenne en fonction du temps

Figure 10 : Evolution de la teneur en eau moyenne en fonction du temps

CONCLUSION La variation de la vitesse de séchage de tomate permet de visualiser deux phases : une phase de préchauffage et une phase à vitesse décroissante. L’absence de la phase de séchage à vitesse constante est attribuée soit au fait que le produit est non saturé, soit au phénomène de croûtage soit au non considération de la variation de surface du produit au cours du séchage. La mesure de la variation de la température de la surface du produit pendant le séchage convectif montre qu’elle augmente puis elle se stabilise à une valeur constante. Ceci confirme l’existence de la phase de séchage à vitesse constante qui n’a pas été visualisée sur les cinétiques expérimentales. Les courbes de séchage expérimentales et simulées montrent l’effet bien connue de la température dans littérature. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES Rao, A. V., & Agarwal, S. (1999). Role of lycopene as antioxidant carotenoid in the prevention of chronic diseases: a review. Nutrition research, 19(2), 305–323.



Van den Berg, H., Faulks, R., Fernando Granado, H., Hirschberg, J., Olmedilla, B., Sandmann, G., Southon, S., & Stahl, W. (2000). The potential for the improvement of carotenoid levels in foods and the likely systemic effects. Journal of the Science of Food and Agriculture, 80, 880–912. Diplock AT, Charleux JL, Crozier-Willi G, Kok FJ, Rice-Evans C, Roberfroid M, Stahl W, Vina-Ribes J (1998). Functional food science and defence against reactive oxidative species. Br J Nutr 80 (Suppl): 77-112.



EFFETS DES TRAITEMENTS TECHNOLOGIQUES ET DES PROCEDES SUR LA VARIABILITE DES COMPOSES PHENOLIQUE S

D’AGRUMES : REVUE

M’HIRI N 1, 2, IOANNOU I. 2, GHOUL M. 2 MIHOUBI BOUDHRIOUA N 1

1. UR11ES44, Ecophysiologie et Procédés Agroalimentaires, Institut Supérieur de Biotechnologie de Sidi Thabet, Université de la Mannouba, BP-66, 2020 Ariana-Tunis, Tunisie

2. Université de Lorraine, ENSAIA- Laboratoire d’Ingénierie de biomolécules (LIBio), 2 avenue de la Forêt de Haye, B. P. 172. Vandoeuvre lés Nancy Cedex 54505, France

Résumé Les agrumes sont une source naturelle en composés phénoliques, essentiellement en flavonoïdes. Les écorces contiennent la fraction la plus importante des phénols. La teneur en phénols totaux dans les écorces et les tissus de citrus unshiu est de l’ordre de 17,05 et 6,65 g GAE/100 g de matière sèche, respectivement. La composition phénolique des écorces d’agrumes varie sous l’influence de plusieurs facteurs : génétiques, agronomiques (type du sol, exposition au soleil, type de culture, temps de récolte et l’état de maturité). Par exemple, la teneur en naringine dans un pamplemousse entier varie de 37,8 g/100 g de matière sèche à l’état immature à 7,2 g/100g g de matière sèche à l’état mature. La variabilité de la composition phénolique des agrumes rapportée dans la littérature peut être aussi attribuée en partie aux méthodes analytiques utilisées. En effet, la détermination de la teneur en composés phénoliques totaux des écorces d’orange estimée par la méthode de Folin-Ciocalteu varie de 1,06 à 7,3 g/100g matière sèche. Les traitements thermiques (blanchiment, pasteurisation/stérilisation, lyophilisation et séchage) et les prétraitements technologiques (pelage, découpage, pressage et broyage) entraînent également des modifications de la composition phénolique d’agrumes. Une perte de 7,67% en composés phénoliques a été rapportée dans la littérature pour les écorces de lime (citrus aurantifolia), après un blanchiment par l’eau chaude (95°C, 5 min). Une augmentation des teneurs en phénols a été rapportée aussi pour les écorces d’orange (citrus sinensis. Osbeck), séchées à 100°C par rapport au produit frais (6,572 ± 3,42 ; 3,945 ± 1,00 g GAE/100g de matière sèche, respectivement). Mots clés : composés phénoliques, agrumes, facteurs de variabilité, procédés technologiques. 1. Introduction En Tunisie, l’agrumiculture vient au deuxième rang après les oliviers avec une production de 220.000 tonnes en 2010 (FAO, 2010). Plusieurs variétés sont cultivées tels que les oranges Maltaise, Navel, les oranges douces et autres variétés (citron, clémentine…). Les agrumes et particulièrement les écorces sont riches en composés phénoliques qui sont des métabolites secondaires synthétisés par les végétaux et présents dans les vacuoles des tissus. Au niveau végétal, les composés phénoliques sont un moyen de défense contre le rayonnement U.V. et les agressions par les pathogènes (Manach et al., 2004). Ils sont, en effet, des éléments importants des qualités organoleptiques (couleur, astringence, amertume, arôme) et nutritionnelles des aliments que consomme l'homme et leur intervention dans la santé est maintenant reconnue dans des domaines variés (Macheix et al., 1990). Les effets biologiques des composés phénoliques ont été largement décrits dans la littérature et sont principalement attribués à leurs effets antioxydants. En plus, certains composés phénoliques possèdent des propriétés anti-inflammatoires, anti-prolifératives et anti-virales ; ce qui suggèrent que ces composés peuvent participer à la prévention de nombreuses maladies



chroniques (Bocco et al., 1998; Ghasemi et al., 2009). Les teneurs en composés phénoliques dans les agrumes peuvent être influencées par leur biosynthèse in vivo, déterminée génétiquement et influencée par les facteurs agronomiques. Elles peuvent être liées aux méthodes analytiques utilisées pour l’estimation et la quantification des composés phénoliques. Cette variabilité peut être aussi due aux réactions de dégradation lors de l’application des procédés technologiques de transformation des agrumes ainsi que leur stockage. Cette transformation (traitement industriel, stockage, procédés de déshydratation…) se traduit souvent par d’importants changements des teneurs et surtout des pertes (Manach et al., 2005). 2. Variabilité de la composition phénolique des agrumes 2.1. Facteurs de variabilité des teneurs en composés phénoliques dans les agrumes frais 2.1.1. Facteurs génétiques La variété est un facteur principal de la variation des teneurs en composes phénoliques dans le produit. Une étude menée par Lata et al. (2007), sur 19 variétés de clémentine ont montré une importante variabilité dans les teneurs des composés phénoliques. La concentration en phénols totaux (mg/g MS) peut varier de 1,6 jusqu’à 4,6 et celle de flavonols de 0,7-1,4. Alors que pour les anthocyanes, cette variabilité est plus remarquable (0,07-0,62 mg/g MS). Xu et al. (2008), ont montré aussi la variabilité des teneurs en phénols totaux du jus d’orange (C. sinensis Osbeck) issu de trois variétés (Hamlin, Liubencheng et Yinzaocheng). Les teneurs sont de l’ordre de 1499,71 ; 1462,52 ; 1245,59 mg GAE/l. 2.1.2. Facteurs agronomiques Ces facteurs peuvent être pédoclimatique (type de sol, l’exposition au soleil, précipitations) ou agronomique (culture dans des champs ou des serres, culture biologique, rendement en fruits par arbre) (Manach et al., 2005). Le temps de récolte est aussi important. Le degré de maturité affecte aussi considérablement les concentrations et les proportions des divers composés phénoliques, en général, la concentration en acides phénoliques diminue pendant la maturation alors que la concentration en anthocyanes augmente (Hollman et al., 2010). Une étude menée par Del Rio et al. (1997), a également montré que le pamplemousse immature contient beaucoup plus de naringine que les fruits mûrs. Ils ont rapporté que la concentration moyenne de naringine dans un pamplemousse entier immature est de 37,8 g/100g de tissu sec, comparativement à 7,2 g/100g de tissu sec pour le pamplemousse mature. Amarowicz et al. (2009), ont montré que les teneurs en hespéridine dans le flavédo, l'albédo et la pulpe de citron (Citrus limon) ont augmenté, en passant de la nouaison jusqu'à la formation de fruits immatures de 29-40% des fruits en poids sec, alors qu’à la maturité, la teneur en hespéridine diminue de façon spectaculaire à 0,6-0,8% du poids sec. Ce résultat rejoint celui trouvé par Inoue et al. (2010), qui ont montré que les teneurs en hespéridine, narirutine et nobiletine dans les fruits de Citrus unshiu immatures (58,6; 13,1; 0,2 mg/g) sont plus importantes que celles dans les fruits matures (19,4; 3,6; 0,1 mg/g) respectivement. 2.2. Effet des conditions de stockage et prétraitements technologiques 2.2.1 Conditions de stockage Généralement, les teneurs en composés phénoliques diminuent ou augmentent dans les fruits selon des conditions de stockage. Del-Caro et al. (2004), ont montré que le stockage du jus d'agrumes à 4 °C pendant 12 jours, a entraîné une diminution de 50% des flavonoïdes totaux. Alors que pour les anthocyanes de l'orange sanguine, une diminution importante de 20% a été rapportée lorsque le jus est stocké à 20°C (Arena et al., 2001). Klimczark et al. (2007), ont constaté aussi une diminution de 7%, 11%, 20% des phénols totaux après un stockage du jus d’orange pendant 4 mois à 18, 28 et 38°C. Par contre, à la fin du stockage (6 mois), ils ont



remarqué une augmentation des teneurs en polyphénols totaux. Alors que d'autres auteurs n'ont observé aucune dégradation des flavanones des jus stockés dans des conditions similaires (Gil-Izquierdo et al., 2002). 2.2.2. Prétraitements technologiques - Pelage et découpage : ces opérations peuvent être considérées comme une séparation anatomique qui cause une perte des sources intéressantes des composés bioactifs (Ruiz-Rodriguez et al., 2008). C’est le cas des flavonols, concentrés dans l’épiderme, dont les plus grandes pertes sont observées après épluchage. Ainsi Ruiz-Rodriguez et al. (2008), observent une perte de 40% en composés phénoliques après l’épluchage des pêches pour la préparation du sirop. -Broyage : le broyage des tissus végétaux peut conduire à la dégradation oxydative des composés phénoliques à la suite du fractionnement cellulaire et le contact entre la polyphénoloxydase cytoplasmique et les substrats phénoliques présents dans les vacuoles. Les composés sont ensuite transformés en pigments bruns, qui sont polymérisés à divers degrés (Ruiz-Rodriguez et al., 2008). Ce processus indésirable peut survenir, par exemple, au cours de la fabrication des compotes de fruit (Manach et al., 2005). -Pressage: le pressage est une étape importante pour l’obtention des jus de fruits. Cette étape est le point clef pour le comportement des composés phénoliques des jus, avec à la fois oxydation enzymatique et adsorption sur les parois. Gil-Izquierdo et al. (2002), ont étudié l’effet du pressage domestique et industriel des oranges. Les auteurs ont montré que le pressage industriel permet d’extraire plus de 22% des composés phénoliques que le pressage domestique. Cela peut être expliqué par la concentration élevée des phénols dans la fraction trouble du jus industriel. 2.3. Traitements thermiques 2.3.1. Blanchiment Le blanchiment est opéré à des températures trop élevées pour les constituants cellulaires, causant un risque accru d'altération qualitative et de pertes par dissolution. Par exemple, le blanchiment des écorces de lime par l’eau chaude (95°C, 5 min) a entraîné une diminution des teneurs en phénols totaux (749 mg GAE/100 g MS contre 811 dans le produit frais). Cette perte de 7,67% est attribuée au lessivage des polyphénols dans l’eau de cuisson (Kuljarachanan et al., 2009). 2.3.2. Pasteurisation et stérilisation Le traitement thermique peut aussi conduire à des changements de concentrations des composés bioactifs dans le produit. Une simple décomposition thermique semble être la cause la plus probable pour des pertes de composés bioactifs après une stérilisation. Gil-Izquierdo et al. (2002), ont montré que la pasteurisation du jus d’orange (95°C, 30s) n’a pas causé de changements dans les teneurs en phénols ainsi que pour l’activité antioxydante alors que la pasteurisation de la pulpe d’orange a entraîné une perte de l’acide caféique (34,5%), de l’apigenine (30,7%) et de la narirutine (28%). 2.3.3. Séchage Le séchage peut affecter la présence et la stabilité des composés bioactifs tels quel l’acide ascorbique, les composés phénoliques et les caroténoïdes en raison de leur sensibilité à la chaleur (Rawson et al., 2011). -Séchage solaire : Ait. Mohamed. (2006), ont montré que le séchage convectif partiellement solaire des écorces de Citrus aurantium entraîne une diminution des teneurs en phénols totaux de 5,223 à 4,763 mg/g MS. En effet, cette perte des phénols est due à l’oxydation



enzymatique, entraînant un brunissement enzymatique des tissus des végétaux qui peut influencer la qualité des produits (Parka et al., 2006). -Séchage convectif à air chaud : Kuljarachanan et al. (2009), ont estimé la teneur en composés phénoliques dans les écorces séchées de la lime à 60, 80, 100 et 120°C. Les auteurs ont montré que le séchage à 60°C permet de garder une quantité maximale des polyphénols (70 %) qui est équivalente à 572 mg GAE/100g MS. Ce résultat est similaire à celui trouvé par Garau et al. (2007), qui ont rapporté que le séchage à hautes températures (80 et 90°C) ou à basses températures engendre une diminution des capacités antioxydantes des écorces d’orange. Ces conclusions rejoignent celles rapportées par Kammoun et al. (2011), étudiant l'effet du séchage par infrarouge à différentes températures (40 à 70°C) sur le contenu phénolique total des écorces d’orange « Maltaise ». Les auteurs ont montré que le séchage à haute température et pendant une courte période de traitement préserve le contenu phénolique des écorces (0,80±0,01g acide caféique/100g MS à 70°C par rapport à 1,1± 0,01 g acide caféique/100g MF). Les auteurs ont conclu qu’à des températures élevées (60 et 70°C), les composés phénoliques totaux ont été préservés. Toutefois, dès 60°C, la dégradation thermique s’intensifie et provoque une diminution de la teneur en phénols (Mrkic et al., 2006). Cette tendance n’est pas confirmée par Chen et al. (2011), qui ont montré que les teneurs en phénols totaux diminuent après un séchage à basses températures (37,89 ± 0,65 et 38,02 ± 0,60 mg GAE/g MS, 50°C, 60°C respectivement) par rapport à la teneur à l’état frais (39,45 ± 1,00 mg GAE/g MS) et que ces composés sont préservés à des températures de 70, 80, 90, 100°C, atteignant le maximum à 100°C (65,72 ± 3,42 mg GAE/g MS). 2.3.4. Lyophilisation Senevirathne et al. (2008), ont étudié l’effet de la lyophilisation sur la composition et les propriétés antioxydantes des écorces d’agrumes. Les analyses ont montré que les échantillons lyophilisés gardent des teneurs élevées en phénols totaux (4334,5 contre 7021,89 mg GAE/100g MS dans le produit frais) et en flavonoïdes (1001,9 contre 1623,07mg /100g MS dans le produit frais). Les auteurs ont rapporté aussi que les écorces d’agrumes lyophilisées ont une forte activité antiradicalaire et un grand effet inhibiteur de la peroxydation des lipides. 2.4. Méthodes analytiques La diversité des méthodes d’analyse cause une variation dans l’estimation des teneurs en composés phénoliques du même produit. Quelques exemples de cette variation sont présentés dans le tableau 1.

Tableau 1 : Exemples de variation des teneurs en polyphénols selon la méthode analytique (Neveu et al., 2010)

Produit Phénol Méthode analytique Teneur Jus d’orange

Anthocyanes totaux

Spectrophotométrie sans hydrolyse

22,23 mg/ml

HPLC sans hydrolyse 27,84 mg/ml Pamplemousse

Acide vanillique

HPLC sans hydrolyse 0,002 mg/100g HPLC après hydrolyse basique

0,249 mg/100g

3. Conclusion De nombreux facteurs influencent les teneurs en composés phénoliques dans les agrumes. Ils peuvent être liés à la matière première végétale (facteurs génétiques, agronomiques), aux méthodes d’analyse utilisées pour l’estimation et la quantification de ces composés et aux procédés technologiques de transformation (prétraitements et traitements thermiques) qui



entraînent, la plupart du temps, une diminution causée par la décomposition chimique, la dissolution et le lessivage des composés phénoliques dans l’eau de cuisson ou leur dégradation suite à l’action de l’enzyme polyphénol oxydase. Une augmentation des teneurs en composés phénoliques peut, parfois, être constatée, et cela peut être attribué à l’effet de concentration (la perte de quantités importantes d’eau), la formation de nouveaux composés phénoliques par hydrolyse, et l’amélioration de leur extraction lors de l’analyse. La compréhension du rôle de ces facteurs sur les teneurs en composés phénoliques est importante pour maîtriser les propriétés technologiques et gustatives des aliments contenant ces composés. Ceci est aussi important pour comprendre et prédire leurs effets sur la santé en vue d’assurer une exploitation optimale de ces composés bioactifs. Références bibliographiques Ait Mohamed L., 2006. Etude physico-chimique de la qualité et de la conservation avant et après séchage solaire convectif de Gelidium sesquipedale (algue rouge) et du Citrus aurantium (orange amer), thèse de Doctorat, Université Cady Ayyad, Faculté des sciences, Semlalia Marrakech. Amarowicz R., Reinhold C., Dongowski G., Durazzo A., Galensa R., Kammerer D., Maiani G., et Piskula M.K., 2009. Influence of postharvest processing and storage on the content of phenolic acids and flavonoids in foods. Mol. Nutr. Food Res, 53 : 123-154 p. Arena E., Fallico,B., Maccarone E., 2001. Evaluation of the antioxidant capacity of blood Citrus (Orange) juices as influenced by constituents, concentration process and storage, Food Chemistry. 74: 423-427 p. Bocco A., Cuvelier M.E., Richard H., Berset C., 1998. Antioxidant activity and phenolic composition of citrus peel and seed extracts. J. Agric. Food Chem. 46, 6 : 2123–2129 p. Chen M.L., Yang D.J., Liu S.H., 2011. Effects of drying temperature on the flavonoid, phenolic acid and antioxidative capacities of the methanol extract of citrus fruit (Citrus sinensis (L.) Osbeck) peels. International Journal of Food Science & Technology, 46, 6: 1179–1185 p Del Caro A., Piga A., Vacca V. Agabbio M., 2004. Changes of flavonoids, vitamin C and antioxidant capacity in minimally processed citrus segments and juices during storage. Food Chemistry. 84: 99-105 p. Del Rio J.A., Fuster J.G., Sabater F., Porras I., Garcia-lidon A., Ortuno A., 1997. Selection of citrus varieties highly productive for the neohesperidin dihydrochalcone precursor. Food Chem, 59:433-437 p. FAO, 2010. Etude de base sur les cultures d’agrumes et de tomates en Tunisie Garau M.C., Simal S., Rossello C., Femenia A., 2007. Effect of air-drying temperature on physico-chemical properties of dietary fibre and antioxidant capacity of orange (Citrus aurantium v. Canoneta) by-products, Food Chemistry, 104: 1014–1024 p. Ghasemi K., Ghasemi Y., Ebrahimzadeh M.A., 2009.Antioxidant activity, phenol and flavonoid contents of 13 citrus species peels and tissues. Pakistan Journal of Pharmaceutical Sciences, vol. 22: No.3, pp 277-281. GIL-IZQUIERDO A., GIL M., FERRERES F., 2002 . Effect of Processig Techniques at Industrial Scale on Orange Juice Antioxidant and Beneficial Health Compounds. J. Agric. Food Chem, 50 : 5107-5114 p. Hollman P., Cassidy A., Comte B., Hatzold T., Heinonen M., Richling E., 2010. Antioxidant activity of polyphenols and cardiovascular health: application of the PASSCLAIM criteria. Journal of Nutrition, sous presse. Inoue T., Tsubaki S., Ogawa B. Onishi K., Azuma J.I., 2010. Isolation of hesperidin from peels of thinned Citrus unshiu fruits by microwave-assisted extraction Food Chemistry, 123: 542–547 p.



Kammoun Bejar A., Ghanem N., Mihoubi D., Kechaou N., and Boudhrioua Mihoubi N., 2011. "Effect of Infrared Drying on Drying Kinetics, Color, Total Phenols and Water and Oil Holding Capacities of Orange (Citrus Sinensis) Peel and Leaves," International Journal of Food Engineering: Vol. 7: Iss. 5. Klimczak I., Malecka M., Szlachta L., Gliszczynska-Swiglo A., 2007. Effect of storage on the content of polyphenols, vitamin C and the antioxidant activity of orange juices. Journal of Food Composition and Analysis, 20 : 313–322 p. Kuljarachanan T., Devahastin S., Chiewchan N., 2009. Evolution of antioxidant compounds in lime residues during drying. Food Chemistry, 113 : 944–949 p. Lata B., 2007. Relationship between apple peel and the whole fruit antioxidant content: Year and cultivar variation. Journal of agricultural and food chemistry, 55, 3: 663-671 p. Macheix J.J., Fleuriet, Billot J., 1990. Fruit phenolics. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 80: 1126-1137 p. Manach C., Scalbert A., Morand C., Remesy C., Jimenez L., 2004. Polyphenols: food sources and bioavailability. Journal of Clinical Nutrition, 79, 5: 727-747 p. Manach C., Williamson G., Morand C., Scalbert A., Remesy C., 2005. Bioavailability and bioefficacy of polyphenols in humans. I. Review of 97 bioavailability studies. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 81, 1: 230-42 p. Mrkic V., Cocci E., Dalla Rosa M., Sacchetti G., 2006. Effect of drying conditions on bioactive compounds and antioxidant activity of broccoli (Brassica oleracea L.). Journal of the Science of Food and Agriculture, 86, 10: 1559-1566 p. Neveu V., Perez-Jiménez J., Vos F., Crespy V., du Chaffaut L., Mennen L., Knox C., Eisner R., Cruz J., Wishart D., Scalbert A., 2010. Phenol-Explorer: an online comprehensive database on polyphenol contents in foods. Database, doi: 10.1093/database/bap024 (Version 1.5.2, available at http://www.phenol-explorer.eu). Parka Y.S., Jungb S.T., Kangc S.G., Delgado-Licond E., Ayalae A. L. M., Tapiaf M. S., Martin-Belloso O., Trakhtenbergh S., Gorinsteini S., 2006. Drying of persimmons (Diospyros kaki L.) and the following changes in the studied bioactive compounds and the total radical scavenging activities. LWT, 39: 748–755 p. Rawson A., Patras A., Tiwari B.K., Noci F., Koutchma T., Brunton N., 2011. Effect of thermal and non thermal processing technologies on the bioactive content of exotic fruits and their products: Review of recent advances. Food Research International (2011), doi:10.1016/j.foodres.2011.02.053. Ruiz-Rodriguez A., Marin F., Ocana A., Soler-Rivas C., 2008. Effect of domestic processing on bioactive compounds. Phytochemistry Reviews, 7, 2: 345-384 p. Senevirathne M., 2008. Effective drying of citrus by-product by high speed drying: A novel drying technique and their antioxidant activity, Journal of Food Engineering , doi:10.1016/j.jfoodeng.2008.10.033 Xu G.H., Chen J.C., Zhang Y.H., Iang P.J., Ye X.Q., 2008. Minerals, phenolic compounds, and antioxidant capacity of Citrus peel extract by hot water. Journal of Food Chemistry, 73, 1: 11-17 p.



ÉTUDE DE L’EFFET DE LA TEMPERATURE ET DE LA PRESSIO N SUR LA CINETIQUE ET LA QUALITE DU SECHAGE DU BOIS D E

L’EPINETTE NOIRE PAR UN PROCEDE SOUS-VIDE ET SOUS-PRESSION (VACUTHERM).

KAMEL BEN DHIBA,* , AHMED KOUBAAB, SOUFIEN AZZOUZA , SAHBI OUERTANIA, AFIF ELCAFSIA

a Laboratoire d’énergétique et des transferts thermique et massique. Faculté des sciences de Tunis, Université de Tunis El Manar, Campus Universitaire Manar II 2092, Tunisie.

b Chaire de recherche du Canada en valorisation, caractérisation et transformation du bois, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, 445 boul. de l’Université, Rouyn-Noranda, Que., Canada J9X 5E4.

[email protected] (Kamel Ben Dhib).

Résumé L’objectif de cet article est d’étudier l’effet de la température et de la pression sur la cinétique et la qualité du séchage du bois de l’épinette noire par un procédé sous vide et sous pression (Vacutherm), et de déterminer le comportement mécanique du bois tel que le module d’élasticité (MOE) et le module de rupture (MOR) à la flexion. L’étude a porté sur 140 planches de bois de l’épinette noire séchées par Vacutherm, en quatre essais. Chaque essai de 35 planches a été réalisé dans des conditions thermo physique différent les uns des autres. Après le séchage, plus de 95% des planches traités présentent une humidité homogène présentant des valeurs, variant entre 6% et 8%. 20 planches de chaque essais sont classés en 4 grades [1], sont associés aux tests mécaniques et aux analyses statistiques (théorie de Weibull). Nous avons mis en évidence l’impact des conditions de séchage sur la résistance atteint au sein du bois. L’étude expérimentale sur le séchage sous vide et sous pression a relevé que l’effet de la température sur la durée totale du séchage est beaucoup plus important que l’effet de la pression. La conductivité thermique diminue avec la diminution de la teneur en eau, et le séchage augmente le pouvoir isolant du matériau bois. Mot clés : séchage, sous vide-sous pression, bois, teneur en eau, Weibull. 1. Introduction La présence de gradients de pression totale entre le centre et la surface de la pièce de bois contribue à un plus fort mouvement massique de vapeur par rapport à ce qui se passe lors du séchage conventionnel [2]. En faisant varier la pression ambiante, lors des essais de séchage sous vide continu à plaques, Moyne et al., en 1982[3] ont relevé un accroissement de la vitesse de séchage de 70% lorsque la pression passe de 26,7 à 7,3 (inHg). Defo et al.[2], ont mentionné que le vide accélère beaucoup plus l’extraction de l'eau libre. Dans ce travail, nous avons mis en évidence l’effet de la température et de la pression sur la cinétique et la qualité du séchage du bois de l’épinette noire par un procédé sous vide et sous-pression afin de contribuer à l’amélioration du produit fini en terme de rapidité et de qualité. L’étude expérimentale est menée sur des essais réalisés au laboratoire sur des échantillons du bois de l’épinette noire, sous une température des plaques et une pression , maintenues constantes, puis évoluant progressivement par paliers au cours du cycle de séchage. Après le séchage, les planches sont soumises aux tests de la résistance à la flexion, et aux analyses statistiques de Weibull. L’étude à permis de décrire les évolutions temporelles des grandeurs caractéristiques, et de mettre en évidence l'importance du choix des conditions de séchage sur la rapidité du processus et la qualité du produit.



2. Matériels et méthodes Les expériences du séchage sont effectuées sur un séchoir sous vide et sous pression. Le séchoir est équipé d’une pompe à vide de marque Nash elmo montée directement sur un moteur de 1.4 HP, 575 Volt. La pompe fonctionne pour maintenir le vide à une pression de l’usage choisi (figure 1). Le bois est disposé en couches successives sur des plaques chauffantes. Les plaques sont constituées de deux feuilles d’aluminium dans lesquelles circule un fluide caloporteur constitué d’un mélange d’eau et d’antigel.

Figure 1: Séchoir sous vide et sous pression (Vacutherm)

Au cours du séchage, l’évolution de la teneur en humidité du bois est déterminée à partir de la masse des planches témoins et des indications des sondes d’humidité du bois. Nous avons développé une cédule de séchage ayant pour but de sécher l’épinette noire en moins de 108 heures avec un rendement de matière première de plus de 90%.

Stage Type Duration (hh :mm :ss)

Test No.1 Test No.2 Test No.3 Test No.4 Retour à l’étape

Nombre de retour T P T P T P T P

1 Pente 00 :00 :01 65 5 5 5 65 5 5 5 2 Plateau 04 :00 :00 3 Pente 00 :00 :01 70 10 10 10 70 10 10 10 4 Plateau 01 :00 :00 5 1 5 6 Pente 00 :00 :01 70 5 5 5 70 5 5 5 7 Plateau 04 :00 :00 8 Pente 00 :00 :01 70 10 10 10 70 10 10 10 9 Plateau 01 :00 :00 10 6 5 11 Pente 00 :00 :01 85 5 75 5 85 10 75 10 12 Plateau 04 :00 :00 13 Pente 00 :00 :01 90 10 80 10 90 15 80 15 14 Plateau 01 :00 :00 15 11 5 16 Pente 00 :00 :01 95 4 85 4 95 9 85 9 17 Plateau 15 :00 :00 18 Pente 03 :00 :00 30 4 30 4 30 4 30 4 19 End

Tableau 1 : cédule utilisée pour les 4 essais. Les tests de flexion ont été effectués à l’aide d’une machine de compression-traction-flexion de marque «Zwick /Roell Z100 », après le calibrage du système et le positionnement des



points de chargement et des supports selon les dimensions conformément à la norme ASTM D-143-94 [4]. Le système d’acquisition des données effectue automatiquement les calculs pour la portée et les points de chargement selon les dimensions de la pièce du bois de l’épinette noire. Les essais des conductivités thermiques ont été menés en conformité avec la norme ASTM C518-10 [5]. 3. Résultats et discutions 3.1. Teneur en eau La figure 2 présente les cinétiques exprimées par la teneur en humidité moyenne des planches témoins en fonction du temps.

Figure 2: Effet de la variation de la température sur l’évolution de l’humidité et le temps lors

de séchage sous vide et sous pression du bois de l’épinette noire.

Les essais 1 et 2 montrent qu’à même pression, plus la température est importante, plus le séchage et rapide : on gagne plus que 11 heures du fait d’augmentation de la température de 10°C. L’évolution de la température du bois lors de séchage sous vide, prend une même allure si le bois est réchauffé avec même pression comme il est mentionné dans la cédule (Tableau 1). Le temps où il y a une augmentation de la température du séchage de 10°C (phase 3 et 4, essai 1), on remarque qu’il y a une chute relativement importante de la teneur en humidité du bois, c’est-à-dire que le l’humidité relative du bois de l’essai 1 atteint 7% avant 11 heures que l’essai 2. La figure 3, décrit l’effet de la pression sur le séchage. Les deux essais sont effectués à la même température de séchage. Après les 60 heures de séchage, on a augmenté la pression absolu dans la cuve de l’essai 3, la cédule de l’essai 3 devient plus adoucie que la cédule de l’essai 1 et celle qui contribue à la diminution du taux d’évaporation de l’eau et par la suite augmenté le temps de séchage qui se lève du 7 heures. La figure 4, confirme que la température et la pression ont un effet significatif sur le temps de séchage. Si on compare les résultats de la figure 2 ceux de la figure 4, on remarque que le temps requis durant le séchage se réduit de 11 heures jusqu'à 5 heures grâce à l’augmentation de la pression.

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5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0

2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

20

22,5

25

27,5

30

32,5

35

37,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

Tem

per

atur

e (C°

)

Moi

stur

e co

nten

t(%

)P

ress

ure

(inH

g)

Drying time(Hrs)

Moisture content test 1

Moisture content, Test 2

Temperature, Test 1

Temperature, Test 2



Figure 3: Effet de la variation du pression sur l’évolution de l’humidité et le temps lors du

séchage sous vide et sous pression du bois de l’épinette noire.

Figure 4: Effet de la variation de la pression et de la température sur l’évolution de l’humidité

et le temps lors du séchage sous vide et sous pression du bois de l’épinette noire.

3. 3. Propriétés mécaniques du bois après le séchage. Afin d’apporter les valeurs de MOE et de MOR, selon la norme ASTM D-2915-94 [6], la teneur en humidité des sciages a été prélevée immédiatement avant les tests à l’aide d’un hygromètre à résistance électrique. La teneur en humidité des éprouvettes varie de 6 % à 8 %, car ces échantillons ont été entreposés après le séchage pendant 21 jours dans un entrepôt chauffé à 22° C. Dans le tableau 2, on remarque que la valeur moyenne du module de rupture(MOR) varie entre 74,24 et 95.49 MPa, alors que le module d’élasticité MOE varie entre 9292,25 et 10906,20 MPa , on peut dire que l’épinette noire présente de bonnes qualités mécaniques, ces résultats sont similaires à ceux répertoriés dans la littérature bien que plus élevés [7,8]. Chuangmin Liu et al. [9], ont détermine des MOR et des MOE en flexion du bois de l’épinette noire, séché par convection à une humidité d’équilibre hygroscopique 12%, ils trouvent que les valeurs moyennes sont très faibles entre 37 et 47 MPa alors que les valeurs

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115

Tem

pe

ratu

re (°C

)

Ave

rag

e m

ois

ture

co

nte

nt(

%)

Pre

ssu

re (i

nH

g)

Drying time (Hrs)

Average moisture content, Test 3

Average moisture content, Test 1

Pressure, Test 3

Pressure, Test 1

Temperature, Test 3

Temperature, Test 1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120

Tem

per

atut

e (°C

)

Moi

stur

e co

nten

t (%

) P

ress

ure

(inH

g)

Drying time (Hrs)



Pressure (inHg)

Temperature, Test 4

Temperature, Test 3



moyennes des MOE comprises entre 8200 et 9800 MPa. Inoue et al. (1993)[7], ont étudié le MOR en flexion de bois, ils ont obtenu des résultats de MOR en flexion du bois densifié plus faibles. Cette différence des MOR est expliquée par l’importance du séchage sous vide et sous pression sur les propriétés mécaniques du bois. On remarque que Le module d’élasticité (MOE) et le module de rupture (MOR) augmentent avec l’augmentation de la pression et la diminution de la température.

Tableau 2 : Valeurs de la force et contrainte maximale moyenne à la rupture en flexion de 5

éprouvettes par grade pour 4 séries de l’épinette noire séchées à différente conditions opératoires.

3.4. Statistique de Weibull. Le modèle statistique de Weibull permet d’obtenir la probabilité de rupture d’une pièce soumise à une sollicitation mécanique donnée en fonction de l’état de contrainte [10], et de décrire la fréquence de la distribution des propriétés mécaniques des matériaux bois. La probabilité de rupture (Pr(σ)) s'écrit :

( ) )()(1

10σσ

σmLnmLn

PLnLn

r

−=

− (2)

Le module de Weibull m est un paramètre caractéristique du matériau qui donne une idée de la dispersion des valeurs des contraintes. Il diminue quand la fragilité des matériaux augmente. Dans la figure 5, les 4 séries de l’épinette noire présentent une dispersion plus importante des valeurs des contraintes de rupture mesurées. L’observation des courbes montre que plus le module de Weibull est faible, plus la dispersion sur les contraintes à rupture est grande. Néanmoins, les deux séries 1 et 3 réalisées avec les mêmes températures donnent deux valeurs du module de Weibull très proche, on constate que leurs résistances à la flexion sont plus faibles par rapport aux deux séries 2 et 4 réalisées à différentes conditions thermo-physiques. 3.5. Conductivité thermique Le tableau 3, donne les valeurs des conductivités thermiques du bois déterminées à différentes teneur en humidité et un gradient de température de 20°C et à différentes épaisseurs. Pour chacun des essais, le coefficient moyen de conductivité thermique a été déterminé à partir d’au moins cinq lectures consécutives du flux thermique, prises à cinq minutes d’intervalle.

Test No.1 Test No. 2 Test No.3 Test No.4

MOR (MPa)

σmax

(MPa) MOE (MPa)

MOR (MPa)

σmax

(MPa) MOE (MPa)

MOR (MPa)

σmax

(MPa) MOE (MPa)

MOR (MPa)

σmax

(MPa) MOE (MPa)

Construction 74,39 92,96 10445,29 95,49 131,96 10906,2 82,93 106,81 11243,27 75,98 104,08 10204,3

Standard 82,36 110,5 10138,1 82,75 105,03 10503,76 78,68 98,15 10668,55 88,7 123,51 10467,6

utilité 74,24 99,42 9292,25 81,29 101,57 10691,92 83,49 107,57 10581,28 78,84 103,37 10235,52 Economie 69,89 84,57 10068,57 94,69 119,81 11520,31 84,29 112,56 10823,71 83,65 109,44 10729,97



Figure 5 : Représentation des probabilités de suivi en flexion des éprouvettes de l’épinette

noire en fonction des contraintes en flexion. (25/50)°C (50/ 75) °C (75/100) °C

Tableau 3: Coefficients de conductivité thermique (W/mºC) obtenus pour une différence de température de 20°C de trois épaisseurs et à différente teneur en humidité.

y = 2,809x - 13,07R² = 0,976

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

3,5 4 4,5 5 5,5

ln[ln

(1/(

1-P

r))]

Ln (σr)

Test No.1

Weibull

ـــــــــ Correl.1

y = 3,873x - 18,74R² = 0,969

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4

ln[ln

(1/(

1-P

r))]

Ln (σr)

Test No. 2

Weibull


y = 2,762x - 13,30R² = 0,967

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

3,5 4 4,5 5 5,5 6

ln[ln

(1/(

1-P

r))]

Ln (σr)

Test 3

Weibull


y = 2,762x - 13,30R² = 0,967

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

3,5 4 4,5 5 5,5 6

ln[ln

(1/(

1-P

r))]

Ln (σr)

Test No. 3

Weibull


e (mm)

TH(%) Flux moyenne ( Vµ )

λ (w/m. °C) TH(%) Flux moyenne( Vµ )

λ (w/m. °C) TH(%) Flux moyenne( Vµ )

λ (w/m. °C)

12 0,32 461,71 0,12899025 0,33 457,3 0,13750176 0,33 517,5 0,13964656 0,25 418,50 0,11556132 0,22 433,3 0,12324295 0,19 420,90 0,12997497 0,20 371,25 0,10746953 0,15 420,3 0,11022768 0,15 399,3 0,12383961 25 0,31 295 0,13236968 0,33 320,2 0,14625772 0,32 329 0,14815849

0,24 263,4 0,11978196 0,26 290,25 0,13317244 0,27 299 0,13406151

0,16 239 0,10853599 0,19 271,1 0,11688274 0,22 276,8 0,12245951

37 0,31 226,62

0,13640397 0,30 230,2 0,13972254 0,33 204,4

0,14483034

0,23 210,6 0,12534611

0,24 201,75 0,12400946

0,25 189,75 0,13638791

0,18 190,12 0,11426692

0,17 178,8 0,11411416

0,16 175,1 0,12546222



Cette série de tests concernant la conductivité thermique portait sur des facteurs tels que la teneur en humidité, l’épaisseur de l’échantillon et la température de la plaque chaude. Les résultats montrent que l’impact de la teneur en humidité sur la conductivité thermique est non négligeable. On note que l’évolution de la teneur en eau de 0,15 à 0,32 s’accompagne d’une augmentation de la conductivité thermique de 15% à 25% en générale. 4. Conclusion La température de séchage et la pression ont un effet significatif sur le temps et la qualité du séchage du bois. L’effet de la température sur la durée totale du séchage est beaucoup plus important que l’effet de la pression. Sous une basse pression la température d’ébullition de l’eau est abaissée, ce qui conduit à la diminution de la résistance au transfert de masse au niveau de la couche limite, d’où l’intensification de l’évaporation en surface. Le choix des conditions de séchage a un effet significatif sur les propriétés mécaniques et physique du bois. L’étude expérimentale a relevé un certain nombre de points : une bonne qualité mécanique dont les valeurs des MOR et MOE à la flexion sont élevées par rapport à ceux répertoriées dans la littérature. On a remarqué, une bonne homogénéité de la teneur en humidité finale après le séchage. De plus le séchage s’effectue dans un milieu exempt d’oxygène, et par la suite réduit les problèmes de coloration chimique. L’effet de l’augmentation de la température sur les contraintes maximales est plus important que l’effet de la diminution de la pression. Le vide améliore la migration de l’eau dans le bois favorisant ainsi un séchage à faible gradient de teneur en eau, d’où le développement de contraintes de séchage en est alors diminué. On note que la conductivité thermique augmente avec la teneur en eau, et diminue au cours de séchage, d’où l’importance du séchage dans l’augmentation du pouvoir isolant du matériau bois. Références [1] NLGA, Règles de classification pour le bois d’œuvre Canadien, National Lumber Grades Authority, Canada, 2004. [2] M. Defo, Y. Fortin, A Cloutier, Determination of the effective water conductivity of sugar maple sapwood and white spruce heartwood under vacuum, Wood Fiber Sci. 3l (1999) 343-359. [3] C. Moyne, M. Martin, Etude expérimentale du transfert simultané de chaleur et de masse au cours du séchage par contact sous vide d'un bois résineux, Int. J. Heat Mass Transfer. 25 (1982) 1839-1848. [4] ASTM D-143-94, Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber, American Society for Testing and Materials, USA, 2000. [5] ASTM C518-10., Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus, American Society for Testing and Materials, USA, 2001. [6] ASTM D-2915-94, Standard method for evaluating properties for stress grades of structural lumber, American Society for Testing and Materials, USA, 1997. [7] M. Inoue, S. Ogata, S. Kawai, R.M. Rowell, M. Norimoto, Fixation of compressed wood using melamine formaldehyde resin, Wood Fiber Sci. 25(1993) 404-410. [8]A. Kutnar, F.A. Kamke, M. Sernek, Density profile and morphology of viscoelastic thermal compressed wood, Wood Sci. Tech. 43(2009) 57-68. [9] C. Liu, S.Y. Zhang, A. Cloutier, T. Rycabel, Modeling lumber bending stiffness and strength in natural black spruce stands using stand and tree characteristics, Forest Ecol. Manage. 242 (2007) 648–655. [10] P. Kittl, G. Diaz, Weibull’s fracture statistics, or probabilistic strength of materials: State of the art, Res. Mech. 24(1988) 99–207.

effet du sechage solaire sur la composition des … · sucres et des phenols des dattes variete...

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