• Aucun résultat trouvé

Production de jus secondaire riche en polyphénols par la valorisation des résidus de canneberge combinée avec la cryoconcentration

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Partager "Production de jus secondaire riche en polyphénols par la valorisation des résidus de canneberge combinée avec la cryoconcentration"

Copied!
70
0
0

Texte intégral

(1)

© Steve Francial Banzouzi, 2018

Production de jus secondaire riche en polyphénols par

la valorisation des résidus de canneberge combinée

avec la cryoconcentration

Mémoire

Steve Francial Banzouzi

Maîtrise en sciences des aliments - avec mémoire

Maître ès sciences (M. Sc.)

(2)

Production de jus secondaire riche en polyphénols par la valorisation

des résidus de canneberge combinée avec la cryoconcentration

Mémoire

Steve Francial Banzouzi

Sous la direction de :

(3)

iii

RÉSUMÉ

L’objectif principal de ce projet est de valoriser les résidus de canneberge dans le but d’en produire un jus secondaire riche en antioxydants. Pour cela, la matière sèche soluble extraite, riche en polyphénols et sucres, a été concentrée par cryoconcentration à une température de congélation de -20 ± 2 °C. Le premier objectif spécifique de cette étude consistait à déterminer le temps de congélation et de décongélation de solutions modèles de sucres qui sont naturellement présents dans la canneberge comme le sucrose, glucose, fructose et de leur mélange au ratio semblable à celui du jus de canneberge. Quant au deuxième objectif spécifique, il consistait à extraire la matière sèche soluble des résidus de canneberge et de la concentrer par cryoconcentration, puis d’en quantifier la teneur en polyphénols totaux et leur répartition dans les différentes phases lors du processus de décongélation de trois fractions dont chacune représente le tiers du volume initial de la solution. La cryoconcentration en cascade a été utilisée et trois fractions ont été récoltées. Pour les solutions modèles, le degré °Brix initial était fixé à 2,5, 5, 7,5 et 10 °Bx. Dans le cas des résidus de canneberge, des concentrations de 2,5 et 10 % des résidus de canneberge broyés et non broyés ont été utilisés. Les résultats obtenus ont montré que le temps de congélation du mélange des sucres simples (glucose + fructose) et du sucrose seul est plus court que celui des solutions individuelles de fructose et du glucose. Le degré Brix (°Brix) des solutions a été doublé dans la première fraction décongelée.

Concernant le deuxième objectif spécifique de ce projet, deux volets ont été considérés : le volet 1 dont les résidus de canneberge n’ont pas été broyés et le volet 2 dont les résidus de canneberge ont été broyés. Les résultats relatifs au volet 1 ont montré que la concentration de la première fraction en polyphénols totaux est passée de 0,183 mg/ml à 0,238 mg/ml pour la solution initiale d’une concentration de 10 % et de 0,056 mg/ml à 0,067 mg/ml pour la solution initiale d’une concentration de 2,5 % de matière sèche totale. La matière sèche de la première fraction est passée de 1,09 ± 0,02 % à 2 ± 0,01 % pour la solution initiale dont la concentration était de 10 %. Concernant le volet 2, la teneur en polyphénols de la première fraction est passée de 0,187 mg/ml à 0,252 mg/ml avec une solution initiale d’une concentration de 2,5 % de matière sèche totale et de 0,475 mg/ml à 0,720 mg/ml pour la solution d’une concentration de 10 %. Pour ce qui est de la matière sèche, elle est passée de 0,94 ± 0,076 % à 1,86 ± 0,05 % pour la solution de canneberge dont la concentration en matière sèche totale était de 10 %. Le volet 1 et le volet 2 à 2,5 % ont montré des résultats presque constants de la matière sèche et des polyphénols totaux. S’agissant de la couleur, la première fraction de la cryoconcentration a

(4)

iv

montré une couleur plus vive par rapport à la couleur de la solution initiale. Ceci a été constaté au volet 1 et au volet 2 pour les mêmes concentrations.

Ces résultats montrent qu’il est possible de produire un jus secondaire riche en polyphénols par la valorisation des résidus de canneberge dans un processus combinant l’extraction solide-liquide avec la cryoconcentration par congélation en bloc complet suivie d’une décongélation gravitationnelle. Pour améliorer la qualité du jus secondaire ainsi que la quantité produite (efficacité quantitative du procédé), une synergie entre l’affinité avec l’éthanol des polyphénols et la cryoconcentration pourrait être appliquée. En effet, cette combinaison pourrait permettre une augmentation de la quantité de sucre dans le jus avec une augmentation significative de la concentration des polyphénols dans la fraction cryoconcentrée.

(5)

v

ABSTRACT

The main objective of this project was to valorize the cranberry residues in order to produce a secondary juice rich in antioxidants. For this, the extracted soluble dry matter, rich in polyphenols and sugars, was concentrated by cryoconcentration at a freezing temperature of -20 ± 2 ° C. The first specific objective of this study was to determine the time of freezing and thawing of model solutions of sugars that are naturally present in cranberries such as sucrose, glucose, fructose and their mixture at a ratio similar to that of cranberry juice. The second specific objective was to extract the soluble dry matter from the cranberry residues and concentrate it by cryoconcentration, then to quantify the total polyphenol content and their distribution in the different phases during the thawing process of three fractions each of which represents one third of the initial volume of the solution. Cascade cryoconcentration was used and three fractions were harvested. For model solutions, the initial ° Brix degree was set at 2.5, 5, 7.5 and 10 ° Bx. For cranberry residues, 2.5% and 10% crushed and unmilled Cranberry residues were used. The results obtained showed that the freezing time of the mixture of sugars and sucrose is shorter than that of fructose and glucose. The degree Brix of the solutions were doubled to the first thawed fraction.

Regarding the second specific objective of this project, two steps were considered: in the step # 1, cranberry residues were not crushed and in the step # 2, the cranberry residues were crushed. The results obtained in the step # 1 showed that the concentration of the total polyphenols in the thawed first fraction increased from 0.183 mg/ml to 0.238 mg/ml for the initial solution at a concentration of 10% of total dry matter, and from 0.056 mg/ml to 0.067 mg/ml for the initial solution with a concentration of 2.5% total dry matter. Moreover, the results showed that the dry matter of the thawed first fraction increased from 1.09 ± 0.02% to 2 ± 0.01% for the initial solution with a concentration of 10% total dry matter. Concerning the step # 2 of this specific objective, the polyphenol content of the thawed first fraction increased from 0.187 mg/ml to 0.252 mg/ml when the used initial solution was at a concentration of 2.5% total dry matter, and from 0.475 mg/ ml to 0.720 mg/ml for the initial solution with a concentration of 10% total dry matter. Regarding the total dry matter of the cryoconcentrated solutions, it increased from 0.94 ± 0.076% up to 1.86 ± 0.05% for the cranberry solution with an initial total dry matter concentration of 10%. The results obtained in the step # 1 and the step # 2 with the initial solution of 2.5% total dry matter showed almost constant results regarding the dry matter and total polyphenols. Regarding the color, the first thawed fraction of the

(6)

vi

cryoconcentration procedure showed a brighter color compared to the color of the initial solution.

These results showed that it is possible to produce a secondary juice rich in polyphenols by valorizing cranberry residues combined with cryoconcentration. To improve the quality of the secondary juice as well as its yield, a synergy of ethanol and cryoconcentration could be applied. Indeed, this combination could allow an increase of the amount of total sugars and polyphenols in the cryoconcentrated secondary cranberry.

(7)

vii

TABLE DES MATIÈRES

RÉSUMÉ ... iii

ABSTRACT ... v

TABLE DES MATIÈRES ... vii

LISTE DES TABLEAUX ... ix

LISTE DES FIGURES ... x

LISTE DES ANNEXES ... xi

DÉDICACE ... xii

REMERCIEMENTS ... xiii

INTRODUCTION ... 1

1- REVUE DE LITTERATURE ... 3

1.1. Canneberge ... 3

1.3. Résidus de petits fruits ... 4

1.4. Polyphénols ... 5 1.6. Cryoconcentration ... 7 1.6.1. Type de cryoconcentration 9 2- HYPOTHÈSE ET OBJECTIFE ... 13 2.1. Hypothèses de recherche ... 13 2.2. Objectif principal ... 13 3- MATÉRIEL ET MÉTHODES ... 14 3-1- Matériel ... 14 3-1-1- Matière première 14 3-1-2- Instruments et réactifs de laboratoire 14 3-2- Méthodes ... 15

3-2-1. Cryoconcentration de solutions modèles de sucrose, fructose et glucose, seules et combinées avec l’acide gallique 15 3-2-2- Extraction aqueuse des résidus de canneberge et l’impact de la cryoconcentration sur le jus secondaire résultant 17 3-2-3. Caractérisation des extraits et calcul des rendements d’extraction 18 4-1.1 Temps de congélation des sucres à diffèrent concentration ... 20

4-2. Temps de décongélation des sucres aux différentes concentrations de chaque fraction ... 24

(8)

viii

4-4. Degré Brix du mélange des sucres plus acide gallique ... 31 4-5. Concentration des polyphénols totaux du mélange des sucres plus acide gallique ... 32 4-6. Concentration des polyphénols des résidus de canneberge volet 1 et 2 à 10% et 2.5 % ... 33 4-7. Teneur en matière sèche des résidus de canneberge volet 1 et 2 à 10% et 2.5% ... 35 4.8 Couleur de chaque fraction des résidus de canneberge volet 1 et 2 à 10 % et 2.5% .... 37

CONCLUSION GÉNÉRALE ... 41 RÉFÉRENCES ... 42

(9)

ix

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Teneur en polyphénols totaux de différents fruits (Gorinstein et al. 2002) ...5 Tableau 2 : Polyphénols contenus dans la canneberge (De Mello Andrade and Fasolo 2013) 6 Tableau 3 : Moyenne du temps de congélation et température à différentes concentrations. . 21 Tableau 4 : Résultats de l’ANOVA des différences moyennes des moindres carrés du temps

de congélation. ... 23

Tableau 5 : Estimation du temps de décongélation à différentes concentrations de chaque

fraction. ... 24

Tableau 6 : Analyse du degré Brix des différentes solutions cryoconcentrées. ... 27 Tableau 7 : Résultats de l’ANOVA des différences moyennes des moindres carrés des

polyphénols du volet 1 et volet 2. ... 35

Tableau 8 : Résultats de l’ANOVA des différences moyennes des moindres carrés de la

matière sèche du volet 1 et volet 2. ... 37

Tableau 9 : Couleur des résidus de canneberge à 10 % et 2.5% du volet 1 et 2. ... 38 Tableau 10 : Résultats de l’ANOVA des différences moyennes des moindres carrés de b* du

volet 1 et volet 2. ... 39

Tableau 11 : Résultats de l’ANOVA des différences moyennes des moindres carrés de a* du

volet 1 et volet 2. ... 40

Tableau 12 : Résultats de l’ANOVA des différences moyennes des moindres carrés de L* du

(10)

x

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Comparaison de la qualité du jus d'abricot en fonction de la production utilisée

processus. 1- jus naturel, 2- 35 g/100 g, jus cryoconcentré, 3- 35 g/100 g, jus vaporisé évaporé

(Aider et de Halleux, 2008) ...8

Figure 2 : Procédure utilisée pour réaliser la cryoconcentration des solutions sucrées. ... 16

Figure 3: Procédure utilisée montrant la combinaison synergique de l’extraction aqueuse combinée avec la cryoconcentration des volets 1 et 2. ... 17

Figure 4: Moyenne du temps de congélation à différentes concentrations des sucres utilisés. ... 22

Figure 5: Temps de décongélation des fractions de chaque concentration. ... 26

Figure 6: Temps de décongélation des sucres en fonction de la concentration. ... 26

Figure 7: Concentration de la matière sèche totale par fraction décongelée. ... 29

Figure 8: Rapport illustrant la relation entre le traitement et la fraction décongelée. ... 30

Figure 9: Rapport illustrant la relation entre le traitement et la concentration de chaque fraction décongelée. ... 30

Figure 10: Degré Brix du mélange des solutions des sucres utilisés en mélange avec de l’acide gallique. ... 31

Figure 11: Concentration des polyphénols totaux dans les solutions des sucres utilisés additionnées de l’acide gallique. ... 32

Figure 12: Concentration des polyphénols des résidus de canneberge des volets 1 et 2 aux concentrations des solutions sucrées de 2.5 % et 10 %. ... 33

Figure 13: Teneur de la matière sèche des résidus de canneberge lors des essais des volets 1 et 2 en utilisant des solutions de 2.5 % et 10 % (p/v). ... 35

(11)

xi

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 : Résultats de l’ANOVA de l’expérience factorielle en bloc complet de congélation

... 48

Annexe 2 : Graphique de l’ANOVA des résidus studentisés pour la variable polyphénols de

congélation ... 48

Annexe 3 : Résultats de l’ANOVA de l’expérience factorielle en bloc complet de

décongélation ... 49

Annexe 4 : Graphique de l’ANOVA des résidus studentisés pour la variable polyphénols

décongélation ... 50

Annexe 5 : Résultats de l’ANOVA de l’expérience factorielle en bloc complet du degré Brix

... 51

Annexe 6 : Illustration de la courbe standard utilisée pour le dosage des polyphénols totaux 52 Annexe 7 : Résultats de l’ANOVA de l’expérience factorielle en bloc complet des

polyphénols totaux des volets 1 et volet 2 ... 53

Annexe 8 : Graphique de l’ANOVA des résidus studentisés pour la variable polyphénols des

volets 1 et volet 2 ... 53

Annexe 9 : Résultats de l’ANOVA de l’expérience factorielle en bloc complet de la matière

sèche des volets 1 et 2 ... 54

Annexe 10 : Graphique de l’ANOVA des résidus studentisés pour la variable matière sèche

des volets 1 et 2 ... 55

Annexe 11 : Résultats de l’ANOVA de l’expérience factorielle en bloc complet pour b* du

volet 1 et 2 ... 56

Annexe 12 : Résultats de l’ANOVA de l’expérience factorielle en bloc complet pour a* du

volet 1 et 2 ... 56

Annexe 13 : Résultats de l’ANOVA de l’expérience factorielle en bloc complet pour L* du

(12)

xii

DÉDICACE

(13)

xiii

REMERCIEMENTS

Je remercie premièrement mon directeur de recherche, Dr Mohammed Aider, d’avoir cru en moi et de me permettre de rejoindre son équipe de recherche. Je tiens également à le remercier d’avoir disposé son temps précieux pour discuter, définir les objectifs du projet et effectuer les corrections de ce mémoire de maîtrise.

Mes remerciements vont également à Diane Gagnon et Pascal Lavoie pour m’avoir offert une aide technique précieuse au laboratoire. Je tiens aussi à remercier les secrétariats et bureaux administratifs du Département de sciences des aliments, en particulier Christine Dumas et Diane Lajoie pour la disponibilité et la rapidité des traitements des documents administratifs. Je souhaite remercier mes collègues étudiants ainsi que mes amis pour leurs soutiens : Martin Rico ALVARADO, Amrane DJOUAB, Jean Joseph NDOMETE DOFARA, Anja RASAMOEL, Sylvestre Prince KIBELOLAUD MBEMBA.

Mes grands mercis vont également à ma famille, précisément à ma mère Clarisse Mireille SIASSIA pour ton soutien financier, moral et de toujours te préoccuper de mon bien-être malgré la distance. Mon oncle Richard Guy SONGO pour avoir cru en mes compétences depuis le pays et de ton soutien permanent ainsi que tes conseils. Mes grands-pères : Daniel KIMBEMBE et Jacque KIMBEMBE, mes frères et sœurs ainsi que mes tantes pour leurs soutiens et encouragements dans les moments difficiles. Une pensée spéciale à mon père François BANZOUZI, tes conseils m’ont permis de garder mon sang-froid devant les obstacles de la vie, que ton âme repose en paix.

En fin, je remercie le gouvernement de mon pays, la République du Congo, et le Canada, de leur partenariat et de m’avoir accordé la bourse d’exemption des frais de scolarité afin de permettre une partie du financement de mes études.

(14)

1

INTRODUCTION

De nos jours, près de 8000 polyphénols ont été identifiés dans les fruits, légumes, thés et cafés (Mehinagic & Bourles, 2011). La consommation de ces aliments est donc très bénéfique pour la santé. En plus, c’est un enjeu de santé publique et économique, tant pour le gouvernement, les producteurs que les transformateurs. Sur le marché, on trouve plusieurs produits de type « suppléments alimentaires » à qui des allégations santé sont attribuées, principalement en raison de leur teneur élevée en polyphénols. Ces derniers (polyphénols) sont des antioxydants naturels et contribuent au maintien d’une bonne santé. Ils ont des propriétés anti-radicalaires, anti-inflammatoires, anticancéreuses. Ils régularisent et modulent le système immunitaire, possèdent des activités antimicrobiennes et antivirales, améliorent la vision, procurent une fonction photo-protectrice pour la peau et réduisent les douleurs musculaires et articulaires (Couillard et al. 2005; Weiss et al. 2005; Di Martino et al. 2006; Howell 2007; Lee et al. 2008). En plus, différentes études mentionnent qu’ils améliorent la performance physique et assurent une meilleure récupération après un effort physique (De Mello Andrade & Fasolo, 2013). Les polyphénols sont utilisés dans les secteurs agroalimentaire, pharmaceutique, chimique et cosmétique. Ainsi, vu l’importance de ces molécules bioactives, plusieurs études se sont intéressées à leurs bienfaits et à la valeur ajoutée qu’ils procurent à différents aliments. Actuellement, les chercheurs s’intéressent beaucoup à l’extraction des polyphénols à partir de différentes sources comme les fruits ou leurs résidus issus de différentes transformations alimentaires. Dans l’industrie alimentaire, après extraction du jus, de grandes quantités de résidus sont générées. Ces résidus renferment des quantités considérables de polyphénols, car la peau des fruits est beaucoup plus riche en ces molécules que ne l’est la chair (Gorinstein et al., 2002; Moure et al., 2001; Pinelo et al. 2006). Au Québec, la canneberge figure parmi les fruits les plus riches en polyphénols, les plus consommés et les plus transformés. Elles sont utilisées dans la production de jus qui sont hautement appréciés par les consommateurs. Les données statistiques Canada montrent que 93 % des canneberges commercialisées sont transformées en jus et autre produit alimentaire. Cependant, pour augmenter la rentabilité du secteur de transformation des petits fruits en jus, il serait intéressant de valoriser les résidus. Dans le cas de valorisation des résidus de canneberge, il est possible d’en extraire les polyphénols pour les utiliser comme additifs fonctionnels ou jus secondaire.

Toutefois, du fait de la sensibilité des polyphénols à la chaleur, leur extraction devrait être effectuée par une méthode douce et non invasive pour éviter de détruire ces molécules actives, mais hautement sensibles. À cet effet, les méthodes thermiques, enzymatiques et modifications

(15)

2

de pH sont les plus appliquées, car elles permettent d’extraire une quantité importante de polyphénols en libérant rapidement des composés bioactifs. Par contre, les méthodes thermiques déstabilisent les composés phénoliques et leur capacité antioxydante naturelle (Patras et al. 2010; Sablani et al. 2010). Quant aux méthodes enzymatique et modifications de pH, il est rapporté dans la littérature scientifique qu’elles dégradent les anthocyanines dont le pouvoir antioxydant est très élevé (Routray and Orsat 2011). Dans tout cas, ces méthodes endommagent la membrane épidermique et affectent la qualité des polyphénols (Girard et al. 2001; Zorenc et al. 2017). En ce qui concerne les anthocyanes qui sont sur la peau des canneberges, plusieurs études montrent que les anthocyanes sont sensibles à la chaleur et lors de ces traitements thermiques il y a des pertes importantes des anthocyanes (Wilkes et al. 2013; Brownmiller et al. 2009; Howard et al. 2010). Par ailleurs, les méthodes de concentration ont été développées pour éliminer l’eau dans les extraits alimentaires. Bien que la méthode en chaleur améliore l’élimination de l’eau, elle entraine la perte de composés volatils et affecte aussi les propriétés sensorielles et fonctionnelles du produit (Lima et Nobre, 2011 ; Piccoli, 2015). À l’inverse, le mode d’opération à froid comme la cryoconcentration en bloc complet est une méthode de congélation et de décongélation partielle de l’aliment liquide permettant de séparer la glace et le concentré par écoulement gravitationnel. Par conséquent l’aliment obtenu à une concentration élevée, des propriétés organoleptiques très prononcées et des valeurs nutritives élevées (Aider and De Halleux 2008; Aider et al. 2007; Balde and Aider 2016). Pour cela, l’extraction par la méthode de cryoconcentration sera préférable par rapport aux méthodes traditionnelles qui, souvent, font intervenir le facteur thermique.

(16)

3

1-

REVUE DE LITTERATURE

1.1. Canneberge

La canneberge (Vaccinium macrocarpon) est une plante indigène qui pousse dans les

régions nordiques de l’Amérique du Nord, de la Russie et des pays scandinaves. Selon la dernière publication de MAPAQ sur la canneberge, la balance commerciale du Canada et du Québec est positive depuis plusieurs années. La canneberge est l’un des fruits les plus produits au Canada qui est le deuxième producteur de canneberges au monde après les États-Unis. Cependant, le Québec est le premier producteur de canneberges biologiques. Selon l’Association des producteurs de canneberge du Québec (APCQ), le nombre de producteurs de canneberge au Québec est en constante augmentation et est passé de 40 cannebergières en 2005 à 80 cannebergièresen 2017. Une étude a montré que la prévision du volume mondial de 2013 à 2018 des fruits de bleuet et de canneberge augmentera de près de 40 %, ce qui surpassera la barre du million de tonnes en 2018 (Euromonitor, 2014). En 2017, Statistique Canada a rapporté une hausse de la production par rapport à 2016. La canneberge a enregistré un volume de 8,5 % pour se chiffrer à 158 817 tonnes, dont 65,2 % sont produits au Québec. Ces chiffres montrent l’importance économique de ce secteur et le potentiel à générer de grandes quantités de résidus une fois les fruits transformés en jus. En effet, d’après les données de Statistiques Canada, 93 % des canneberges commercialisées sont transformées en jus, confitures, purées, produis séchés ou congelés, et qu’uniquement 7 % qui est consommé à l’état frais. Les transformateurs, producteurs et chercheurs continuent de parler des bienfaits de la canneberge du point de vue économique, pharmaceutique et cosmétique. En effet, la composition chimique de la canneberge fraîche renferme 85 % d’eau, 3,7 % de glucides, 0,27 % de composés phénoliques (0,05 % de flavonoïdes, 0,10 % d’anthocyanosides et 0,12 % de proanthocyanidols) et 0,01 % de vitamines.

La couleur rouge des baies provient des anthocyanosides et les flavonols libres ou sous forme hétérosidique (Allais ,2009). Ce sont ces molécules actives qui confèrent à la canneberge des propriétés antioxydantes et anti-inflammatoires (Couillard et al. 2005), ainsi qu’une capacité d’inhibition du développement de certaines cellules cancéreuses (Boivin et al. 2007). Elles contribuent aussi à la prévention des infections urinaires (Di Martino et al. 2006; Howell 2007), possèdent des propriétés antidiabétiques (Lee et al. 2008), antibiotiques et antiviraux qui ont été démontrées par plusieurs études (Weiss et al. 2005). En se basant sur la définition de Santé Canada sur l’aliment fonctionnel, la canneberge et ses dérivés sont des

(17)

4

aliments/ingrédients qui s’inscrivent adéquatement dans cette catégorie d’aliments. En effet, la définition d’un aliment fonctionnel stipule qu’il s’agit d’« un aliment fonctionnel est semblable en apparence à un aliment conventionnel. Il fait de l’alimentation normale et il a été démontré qu’il procure, au-delà des fonctions nutritionnelles de base, des bienfaits physiologiques précisés par la documentation scientifique et qu’il réduit le risque de maladies chroniques ». C’est dans cette perspective que la canneberge est aussi considérée comme aliment fonctionnel. À la lumière de ce qui précède, la canneberge se classe parmi les meilleurs fruits connus de nos jours en ce qui a trait à la valeur fonctionnelle (Sun et al. 2002; Vinson et al. 2008; Heinonen 2007). Le jus de canneberge est très vanté pour ces propriétés antioxydantes et ses bienfaits sur la santé humaine. En effet, une étude a montré que le jus de canneberge chez les blessés médullaires a un effet positif sur la prévention du biofilm bactérien (Reid et al. 2001). Cependant, les conséquences de cette prévention ne sont pas indiquées. Au-delà du jus de la première transformation de canneberge, il est possible de produire un second jus à partir des résidus de canneberges. C’est donc dans cette optique d’idée que nous allons produire un jus secondaire à partir des résidus de canneberges.

1.3. Résidus de petits fruits

Le mot résidu ou déchet ou encore Marc est défini comme une matière qui subsiste après une opération physique ou chimique, une transformation industrielle ou une fabrication, en particulier, après l’extraction de produits de plus grande valeur. Les industries agroalimentaires pressent le fruit de canneberge afin d’obtenir le jus de canneberge tout en générant des résidus composés de pulpe et de chair. D’une part, le jus de canneberge est reconnu pour son pouvoir antioxydant. D’autre part, les résidus de canneberge sont souvent valorisés en produits dérivés comme aliments séchés ou congelés à base de canneberge, aliments de bétail et en bioénergie (Grigora, 2013; Martin, Landry, and Laforest, 2014). Cependant, les résidus constitués de la peau et des pépins sont également connus pour leur valeur nutritionnelle intéressante en alimentation fonctionnelle. En effet, plusieurs études montrent que la peau des fruits a une teneur élevée en polyphénols. Le Tableau 1 montre qu’il y a plus de polyphénols dans la peau de différents petits fruits, dont la canneberge, que dans la chair (Gorinstein et al. 2002).

(18)

5

Tableau 1 : Teneur en polyphénols totaux de différents fruits (Gorinstein et al. 2002)

Pomme (g/kg fruit frais) Poire (g/kg fruit frais) Pêche (g/kg fruit frais)

Chair 6.9 2.1 2.4

Peau 11.1 4.5 4.7

Comme l’illustre le Tableau 1, les fruits lient une grande partie de polyphénols aux protéines et aux polysaccharides des parois, précisément au niveau des graines et de la peau, mais en faible partie au niveau de la pulpe du fruit (Pinelo et al. 2006). Ainsi, les polyphénols de la canneberge peuvent être classés en deux catégories. Certains sont liés aux non-parois cellulaires (noyau et vacuole) et les autres aux parois cellulaires (peau). La peau de la canneberge est riche en composés phénoliques et pigments (Taruscio et al. 2004; Pinelo et al. 2006), ce qui en fait que les résidus de canneberges peuvent être utilisés pour l’extraction d’un jus secondaire riche en polyphénols.

1.4. Polyphénols

Les polyphénols sont les antioxydants les plus abondants dans notre alimentation et plus de 8000 polyphénols sont répertoriés. La structure chimique de ces composés phénotypiques varie selon leur source et leur structure chimique. Les acides phénoliques sont les principaux polyphénols présents dans les fruits (Mehinagic and Bourles, 2011). Le plus connu est l’anthocyane qui est à l’origine de la couleur rouge-orangé et bleu pourpre. Il se situe dans la vacuole des cellules et est soluble dans l’eau. Il est principalement localisé en quantité assez importante dans les cellules des couches extérieures telles que l’épiderme (Clifford 2000). Ainsi, il est abondant dans les résidus dont la grande partie est représentée par la pulpe et la chair qui reste suite au pressage du fruit pour l’extraction du jus.

Les anthocyanosides ou anthocyanes existent sous forme d’hétéroside dans les fruits. Ils sont formés d’un ose, du groupement acyle et d’une molécule non glucidique (anthocyanidol = flavonoïdes). Actuellement, plus de 539 anthocyanosides ont été identifiés (Gould et al. 2008). La structure des anthocyanosides montre qu’ils contiennent des sucres (oses). Ces derniers peuvent être des monosaccharides comme le glucose, le galactose et le rhamnose, des diholosides comme la rutinose composée de glucose + xyloglucose ou rhamnose, ou de triholosides (Bruneton 2009). L’anthocyanoside est présent dans l’épiderme de la canneberge sous forme d’hétérosides et est à l’origine de sa variation de couleur. Les oses qui composent

(19)

6

ces hétérosides sont le glucose, le fructose et le saccharose (Arnal et al. 2008; Ryu et al. 2016; da Conceição Santos et al. 2018). Le mélange de saccharose, fructose et glucose équivaut à la teneur en sucre du fruit mûr. Il varie en fonction de la maturité du fruit (Giusti and Jing 2007). Ces oses se retrouvent à l’état libre dans les fruits (canneberge) ou à l’état combiné sous forme de disaccharides (Bruneton 2009). Les caractéristiques des anthocyanosides comme le fort pouvoir colorant, la non-toxicité et la solubilité en milieu aqueux permettent de remplacer les colorants synthétiques et leur activité antioxydante pourrait être bénéfique pour la santé humaine (De Mello Andrade and Fasolo 2013). Cependant, la canneberge a des teneurs très variées en polyphénols, comme on peut le constater dans le Tableau 2.

Tableau 2 : Polyphénols contenus dans la canneberge (De Mello Andrade and Fasolo 2013)

Par 100 g de matière sèche Canneberge Auteurs

Composés phénoliques totaux 1720 mg (Prior et al. 1998; Prior et

al. 2001)

Anthocyanes 360 mg (Prior et al. 2001)

Flavonols 15,7 – 26,3 mg (Prior et al. 2001)

Proanthocyanidines 0,23 mg (Prior et al. 2001)

Matière sèche 17 µg/g (Prior et al. 2001)

En plus, la canneberge renferme 570 mg/100 g (de fruit frais) d’acides phénoliques; dont 474 mg/100 g d’acide benzoïque. Plus de 54 % de ces acides seraient conjugués, ce qui explique la forme libre qui est minoritaire et que l’on obtient un meilleur rendement d’extraction après hydrolyse (Zuo et al. 2002). L’anthocyane de la canneberge varie entre 19 à 63 mg cyanidine galactoside/100 g de poids frais (Wang and Stretch 2001) et de 31 mg cyanidine 3-glucoside/100 g de fruit frais (Taruscio et al. 2004).

L’extraction des polyphénols à partir de fruits ou de résidus est réalisée par différentes méthodes. Cependant, le choix d’une méthode dépend de l’application finale de l’extrait, stabilité et réactivité du produit, ainsi que de sa stockabilité. Les méthodes les plus appliquées en industrie sont les méthodes thermiques, enzymatiques et modifications de pH. Certaines méthodes ont des impacts du point de vue de la qualité et/ou quantité des composés phénoliques obtenus. La méthode traditionnelle la plus utilisée est le traitement thermique en phase aqueuse. Cette dernière permet d’extraire une quantité considérable des polyphénols. En 2008, Colin Henrion (2008) applique la cuisson afin d’extraire les polyphénols des pommes à 85 °C durant

(20)

7

15 minutes. Les auteurs ont observé une augmentation moyenne de 50 % de la teneur en polyphénols par rapport à ce qui est obtenu à température ambiante. Lors de la pasteurisation à 90 °C pendant cinq minutes, une réduction de 4,2 % de la teneur en polyphénols a été observée. En 2013, Fournier-Gosselin (2013), a utilisé l’évaporation sous vide pour obtenir des extraits de canneberge et de bleuet. Les résultats obtenus montrent qu’entre 55 et 75 °C pendant 30 minutes (avec un degré Brix de 30 %), les polyphénols étaient peu affectés par le traitement thermique. Cependant, les procyanidines montrent des signes de détérioration avec une augmentation de la température d’évaporation. Pour améliorer l’impact des méthodes basées sur l’application de la chaleur sur la qualité des produits nutraceutiques sensibles à la chaleur, en 2008, Corrales et ses collaborateurs ont appliqué la haute pression hydrostatique et un champ électrique pulsé sur des sous-produits du raisin. Les résultats ont montré une faisabilité et une sélectivité à la fin de l’extraction puis une augmentation des anthocyanes de plus de 50 %. Ces méthodes thermiques sont avantageuses, car ils réduisent le temps d’extraction et la quantité de solvant. Mais ces traitements thermiques qui permettent de libérer rapidement des composés bioactifs déstabilisent les composés phénoliques et leur capacité oxydative naturelle (Patras et al. 2010; Sablani et al. 2010). En ce qui concerne les anthocyanes qui sont principalement contenus dans la peau des canneberges, plusieurs études montrent que les anthocyanes sont sensibles à la chaleur et lors de traitements thermiques, il y a des pertes importantes des anthocyanes (Wilkes et al. 2013; Brownmiller et al. 2009; Howard et al. 2010). Les méthodes enzymatiques et modifications de pH sont plus utilisées pour estimer les anthocyanes totales dans les fruits. Cependant, ces méthodes dégradent les anthocyanines (Routray and Orsat 2011). Elles endommagent la membrane épidermique et affectent la qualité des polyphénols (Girard et al. 2001; Zorenc et al. 2017). En dehors des procédés thermiques, enzymatiques et modifications de pH, le procédé à froid comme la cryoconcentration peut être une alternative prometteuse pour produire un jus secondaire à base de petits fruits comme la canneberge qui serait riche en antioxydants et autres éléments sensibles à la chaleur comme les polyphénols, certaines vitamines et arômes hautement volatils (Aider and De Halleux 2008).

1.6. Cryoconcentration

La cryoconcentration est un procédé qui permet de créer des fractions cristallisées d’un solvant (par exemple de l’eau) en diminuant la température, ce qui permet d’obtenir une solution plus concentrée que celle de départ. Elle est principalement utilisée dans le traitement des liquides comme les jus, le lait, le café, le thé et le lactosérum. Cette technique est utilisée en industrie alimentaire afin de concentrer divers aliments liquides et protéger les composés

(21)

8

sensibles au traitement thermique comme les vitamines, les arômes hautement volatils, les protéines thermosensibles et les polyphénols (Aider et al. 2007; Berenhauser et al. 2017; Aider and De Halleux 2008; Schwartzberg 1990). Elle permet également d’obtenir un extrait très proche du produit original en termes de propriétés organoleptiques. La Figure 1 montre une comparaison de la teneur en acide ascorbique et d’arômes naturels des jus d’abricot ayant un degré Brix de 35 g/100 g obtenus par cryoconcentration comparée à du jus obtenu par évaporation sous vide. Les résultats montrent que la cryoconcentration donne de meilleures caractéristiques des concentrés en ce qui a trait à l’arôme total et à l’acide ascorbique du jus d’abricot en comparaison avec le produit initial. Deux températures de congélation de -10 ±1 °C et -20 ±1 °C étaient considérées lors de cette étude. Ceci est évident, car en utilisant une température inférieure à zéro pour concentrer le jus, aucune altération n’a lieu. Ainsi, les composés aromatiques ont été très bien conservés dans le jus obtenu par cryoconcentration (Aider et de Halleux, 2008).

Figure 1 : Comparaison de la qualité du jus d'abricot en fonction de la production utilisée

processus. 1- jus naturel, 2- 35 g/100 g, jus cryoconcentré, 3- 35 g/100 g, jus vaporisé évaporé (Aider et de Halleux, 2008)

(22)

9

La température utilisée lors de la cryoconcentration est un paramètre important pour la cristallisation du solvant (eau pure), du soluté et de la concentration finale du jus. En effet, la technique de la cryoconcentration est appliquée en refroidissant la solution en dessous du point eutectique. À cette température (point eutectique), les constituants cristallisent. Cependant, il faut tenir compte que l’atteinte du point eutectique représente une limite technologique pour la cryoconcentration. Par exemple, lors de la congélation d’une solution aqueuse composée d’électrolytes, une séparation de l’eau pure sous forme de glace et du sel est possible, car le processus est proche de son point eutectique (Aider et de Halleux, 2009).

1.6.1. Type de cryoconcentration

Trois méthodes d’application de la cryoconcentration sont souvent utilisées : cristallisation en suspension, cristallisation progressive et cristallisation bloc complet ou partiel.

Premièrement, la cryoconcentration par suspension est une technique qui produit plusieurs petites particules de glace de taille relativement homogène et qui sont maintenues en suspension de la solution mère par des moyens physiques comme l’agitation. Cette méthode consiste à cristalliser, faire grossir et séparer les cristaux de glace par centrifugation ou la filtration. En plus, certaines études ont déterminé les effets de l’inactivation par la chaleur des enzymes et les effets de la teneur en pulpe sur la qualité de jus d’orange cryoconcentré en utilisant la cryoconcentration par cristallisation en suspension (Braddock and Marcy 1985; Sánchez et al. 2009). Les résultats ont montré qu’il y avait peu de différences par rapport aux procédures normales de récupération du jus pour la cryoconcentration. Une réduction considérable de la pulpe dans le jus a été constatée. Une étude a rapporté une évaluation de la qualité du jus de poire clarifié à 10° Bx pendant le stockage à la réfrigération par évaporation sous vide, osmose inverse et cryoconcentration par cristallisation en suspension. Les résultats ont montré qu’après 10 jours de stockage, il n’y avait pas de différences significatives dans le brunissement et la turbidité du jus. Cependant, les jus obtenus par osmose inverse et cryoconcentration ont montré une qualité sensorielle identique et meilleure au jus obtenu par évaporation sous vide. La méthode de la cryoconcentration par cristallisation en suspension est efficace du point de vue qualitatif. Toutefois, cette technique sépare difficilement les cristaux de glace du concentré en raison de la grande surface. De plus, elle consomme environ 30 % d’énergie de plus par rapport aux deux autres méthodes. Ainsi, selon cette étude, la méthode de cryoconcentration par cristallisation en suspension est considérée parmi étant une méthode coûteuse (Pradistsuwana et al. 2003).

(23)

10

Deuxièmement, la cryoconcentration par congélation progressive est un processus basé sur la production progressive des cristaux de glace à la surface d’un échangeur de chaleur (souvent horizontale) afin d’obtenir une structure de glace monocristalline et très pauvre en solutés. Cette méthode se distingue de la cryoconcentration par cristallisation en suspension par la formation d’un seul cristal de glace. De plus, la séparation entre le cristal de glace et la solution mère est très facile par rapport à la cryoconcentration par cristallisation en suspension (Miyawaki et al. 1998; Miyawaki et al. 2005). Nazir et Farid (2008) ont appliqué la cryoconcentration par cristallisation progressive à la pulpe de la pomme (Rubus glaucus Benth) pour étudier ses effets sur la composition et la concentration des composés volatiles libres. Les résultats de cette étude ont montré que la couleur de la pulpe a été conservée pendant la cryoconcentration et les composés aromatiques ont été intensifiés. Le système de concentration par congélation progressive est très simple et à un coût inférieur par rapport à la concentration par cristallisation en suspension. La glace produite a une grande pureté, mais une productivité plus faible que la concentration par la méthode basée sur la cristallisation en suspension (Samsuri et al. 2016). Aussi, il a été rapporté que la cryoconcentration par congélation progressive améliore la productivité de la méthode et la qualité des produits obtenus par rapport à la concentration par cristallisation en suspension, mais que son efficacité reste toutefois inférieure à la cryoconcentration en suspension (Gu et al. 2008).

Troisièmement, la cryoconcentration par congélation en bloc complet ou partiel est une technique dans laquelle la solution à concentrer est congelée puis décongelée (complètement ou partiellement) afin de récupérer les fractions concentrées (Nakagawa et al. 2009). Actuellement, cette technique est considérée comme étant la plus efficace sur le plan qualitatif, quantitatif et énergétique. En effet, dans certaines conditions, elle permet d’atteindre une efficacité de plus de 90 %. Cela est possible en effectuant plusieurs cycles de cryoconcentration successifs du produit selon le principe de concentration en cascade. Plusieurs études ont déjà confirmé l’efficacité de cette technique et l’étude de Aider et al. (2007) a montré l’évolution de la matière sèche totale du lactosérum du fromage entier cryoconcentré en fonction du cycle de cryoconcentration. La teneur de la matière sèche totale du lactosérum initial était d’environ 6,93 ± 0,35 % (p/p). Les résultats de cette étude montrent une augmentation drastique de la matière sèche totale durant les deux premiers cycles de cryoconcentration. La quantité de matière sèche du lactosérum a augmenté pendant les quatre premiers cycles, respectivement, à 14,54 ± 0,54 % (p/p), 27,87 ± 0,46 % (p/p), 30,17 ± 0,25 % (p/p) et 34,20 ± 0,47 % (p/p). La teneur en matière sèche totale a atteint environ 35 % (p/p) au cinquième cycle. Ces résultats ont également montré qu’entre le quatrième et le cinquième cycle de cryoconcentration, il n’y a pas

(24)

11

de différence significative. Dans une autre étude, Aider et de Halleux (2008) ont montré qu’à partir des trois cycles dans un processus de cryoconcentration de jus d’abricot et de cerise, la teneur en matière sèche totale a augmenté de 14,50 ± 1,12 g/100 g à 35,50 ± 2,09 g/100 g pour le jus d’abricot et de 15,50 ± 1,26 g/100 g à 45,50 ± 2,47 g/100 g pour le jus de cerise. Balde et Aider (2016) ont montré également qu’avec 9,24 % ± 0,01 % de matière sèche initiale du lait écrémé, une augmentation est possible en effectuant trois cycles de cryoconcentration en cascade. Les résultats obtenus avec trois cycles de cryoconcentration ont permis d’augmenter la teneur en matière sèche totale à 14,73 % ± 0,03 %, 21,36 % ± 0,04 % et 25,12 % ± 0,12 %, aux cycles 1, 2 et 3, respectivement. Ce procédé a également modifié la taille des micelles de caséine du lait cryoconcentré vers des valeurs plus basses, ce qui est très important pour la stabilité du produit durant l’entreposage à froid. La couleur et l’écoulement du lait ont été également affectés par la cryoconcentration. La couleur a été améliorée de façon très significative alors que l’écoulement était newtonien au début et passait à un écoulement non-newtonien après quelques semaines d’entreposage. Abondant dans le même sens, Berenhauser et al. (2017) ont montré que la deuxième phase de la cryoconcentration à une meilleure performance avec un facteur de 180,48 % de lait maternel et 72 % de la rétention des solides totaux (Berenhauser et al. 2017).

Suite à ces informations présentées en haut par rapport aux différentes approches sur lesquelles la cryoconcentration est basée, il nous paraît que la cryoconcentration par congélation en bloc complet serait la technique la plus efficace pour obtenir une plus grande quantité de matière soluble avec une meilleure qualité du produit à partir d’un jus secondaire extrait des résidus de petits fruits conne la canneberge qui fait l’objet du présent projet de maîtrise. En plus, l’utilisation de la cryoconcentration selon le principe en cascade combinée à la chaleur latente de cristallisation de l’eau, qui est nettement plus basse que la chaleur latente de vaporisation, permettrait la réalisation du procédé de concentration de ce jus secondaire par cryoconcentration tout en réalisant une efficacité énergétique hautement importante. En effet, cela serait possible grâce à l’application de forces passives comme la congélation gravitationnelle. En effet, la conception en cascade permet de récupérer une partie importante de la chaleur suite à la cristallisation de l’eau, ce qui permettrait de réduire le gradient de température entre l’évaporation et le réfrigérant (Thijssen 1970). Par ailleurs, une étude réalisée par Thijssen et Van Der Malen (1981) sur la concentration du vin par cryoconcentration a démontré que la consommation d’énergie de la réfrigération à -10 °C était passée de 45 kWh/418 103 kJ à 33 et à 30 kWh/418 103 kJ lors des 2e, 3e, et 4e cycles. À la température

(25)

12

70 kWh/418 103 kJ à 55 kWh/418 103 kJ pour les étapes 3 et 4 de cryoconcentration. À cet égard, la cryoconcentration semble offrir plusieurs avantages par rapport aux techniques basées sur l’évaporation thermique assistée par l’application du vacuum (Thijssen and Van Der Malen 1981).

Sur le plan conceptuel, la cryoconcentration par congélation en bloc complet consiste à abaisser la température de la solution aqueuse (par exemple du jus) en dessous de son point de congélation, laquelle solution est décongelée sous l’effet de la gravitation ou qui peut être assistée par vacuum ou par chauffage diélectrique en utilisant des microondes. On obtient à la fin du processus une fraction concentrée et une fraction de glace avec un minimum de rétention de solutés (Aider and De Halleux 2008). Toutefois, la vitesse de congélation a un rôle important lors de ces processus, car elle peut diminuer la concentration des polyphénols. Cependant, dans le cas de tissus végétaux, certaines études rapportent que les opérations de congélation et de décongélation perturbent la structure cellulaire par la formation de cristaux de glace de grandes tailles lors d’une congélation lente, ce qui pourrait être bénéfique dans le cas où la cryoconcentration est appliquée à la pulpe. En effet, la rupture du tissu végétal par les gros cristaux de glace pourrait agir comme un facteur qui intensifie l’expulsion des solutés vers la solution environnante. Cependant, il faut éviter l’exposition de la solution à l’oxygène qui pourrait favoriser certaines réactions d’oxydation des polyphénols. Ainsi, Murata et al. (1995) ont montré une perte de 40 et 60 % des polyphénols entre les jus de pomme Fuji frais et oxydés avec une congélation lente. Berenhauser et al. (2017) confirment lors d’une étude réalisée sur l’impact de la cryoconcentration du lait maternel que les gros cristaux de glace produits une utilisant de la congélation lente contiennent plus d’impuretés et de solides que ceux produits par un processus de congélation rapide qui favorise la formation de fins cristaux. Il est donc préférable que la vitesse de congélation soit rapide pour obtenir la formation des petits cristaux afin de libérer une plus grande quantité de polyphénols vers la solution environnante. Ainsi, appliquée aux résidus de canneberge, cette approche permettrait la production de jus secondaire hautement riche en polyphénols, ce qui en fera un jus fonctionnel qui pourrait trouver différentes applications dans l’alimentation fonctionnelle.

(26)

13

2-

HYPOTHÈSE ET OBJECTIFE

2.1. Hypothèses de recherche

Compte tenu que la cryoconcentration permet de produire des solutions avec une teneur plus élevée de matière sèche totale soluble que la solution de départ ;

Compte tenu que les polyphénols pourraient avoir plus d’affinité avec les sucres comparativement avec l’eau ;

Compte tenu que les résidus issus du pressage des fruits de canneberge en vue d’en faire du jus contiennent des teneurs élevées en matière sèche totale, incluant les sucres solubles et les polyphénols ;

Alors, il est possible de produire un jus secondaire fonctionnel riche en polyphénols par la synergie de l’extraction liquide-solide à partir de résidus de canneberge et de la technologie de cryoconcentration selon l’effet cascade.

2.2. Objectif principal

L’objectif principal de ce projet de recherche consiste à étudier l’effet combiné de l’extraction aqueuse à partir de résidus de canneberge et de la cryoconcentration sur la composition d’un jus secondaire issu de la valorisation des résidus de canneberge.

2.3. Objectifs spécifiques

Dans le but de confirmer l’hypothèse de recherche et d’atteindre l’objectif principal de ce projet de recherche, les objectifs spécifiques suivants ont été mis à l’étude :

1. Étudier la cryoconcentration de solutions modèles de sucres typiques de la canneberge (sucrose, fructose et glucose), en solutions pures, en mélanges à des proportions semblables à celles du jus de canneberge, ainsi que combinées avec un polyphénol modèle (acide gallique).

2. Étudier l’extraction aqueuse de la matière sèche soluble à partir de résidus de canneberge et évaluer l’impact de la combinaison de cette extraction avec la cryoconcentration sur la composition du jus secondaire résultant.

(27)

14

3-

MATÉRIEL ET MÉTHODES

3-1- Matériel

3-1-1- Matière première

Le glucose et le fructose utilisés sont de grade analytique et sont obtenus chez Sigma-Aldrich (St-Louis, MA, USA). Le sucrose a été acheté au supermarché de la ville de Québec (Lantic, Montréal, Canada). Un mélange des trois sucre (typique pour un jus de canneberge d’une concentration de 5 % aux proportions fructose/glucose/sucrose de 2/2 /1 a été également utilisé (American Institute of Baking Technical Bulletin 2000 ; Thomas, 2003). Les résidus de canneberge ont été produits au laboratoire suite à l’extraction de jus par pressage. Les résidus ont été ensuite stockés dans un congélateur à une température de -20 ± 2 °C et ont été utilisés tout au long de ce projet.

3-1-2- Instruments et réactifs de laboratoire

 Balance de précision de poids maximum 220 g, erreur de 0.0001 g ;  Congélateur ;

 Thermocouple, Ibutton (puce d’enregistrement de température) lors de la congélation ;  Centrifugeuse ;

 Réfractomètre ;

 Bouteilles en plastiques polystyrène ;  Réactif de Folin-Ciocalteu ;

 Acide gallique ;

 Matériel courant du laboratoire.  Variables indépendantes

 Type de matière première : résidus de canneberge, sucrose, fructose et glucose ;  Température ambiante d’extraction ;

 Température de congélation de l’extrait : -20 °C ;  Temps de congélation 24 h ;

 Volume du ratio eau-sucre.  Variables dépendantes

 Concentration des polyphénols totaux ;  Concentration des sucres totaux ;

 Concentration de la matière sèche totale ;  Rendement de l’extraction (total et spécifique).

(28)

15

3-2- Méthodes

3-2-1. Cryoconcentration de solutions modèles de sucrose, fructose et glucose, seules et combinées avec l’acide gallique

Différentes solutions modèles ont été préparées afin d’étudier le comportement des sucres (sucrose, glucose, fructose et leurs mélanges), seuls et combinés, lors de la congélation et de la décongélation de la solution aqueuse (Figure 2). Le procédé de la cryoconcentration en bloc complet a été réalisé en appliquant le principe en cascade, tel que rapporté dans l’étude de Aider et al. (2007) et Blade et Aider. (2016) (Aider et al. 2007; Balde and Aider 2016). À cet effet, un volume de 900 ml de solution aqueuse des sucres testés a été préparé à différentes concentrations (2,5 ; 5 ; 7.5 et 10 % p/v) et les solutions ont été congelées dans des bouteilles de plastique en polystyrène de 1000 ml de volume et 7 cm de diamètre. La congélation a été réalisée dans un congélateur semi-industriel à une température de -20 ± 2 °C. Avant la congélation, un thermocouple a été placé au centre de l’échantillon pour enregistrer l’évolution de la température durant le processus de congélation. Après avoir atteint la température de -20 ± 2 °C au cœur du produit, la décongélation a été réalisée à température ambiante (20 ± 1 °C) de l’extérieur de la paroi vers l’intérieur du produit à l’aide de l’écoulement gravitationnel de la fraction concentrée (soluté). Un tiers du volume initial (300 ml) a été décongelé en premier lieu et cette fraction est dénommée comme (Fraction décongelée # 1). Ce liquide décongelé constituait le concentré de la première fraction de cryoconcentration. Cette fraction a été recueillie pour des analyses de cinétique et de composition quantitative. Le reste de la solution (600 ml) a été utilisé comme solution d’alimentation de la deuxième fraction de cryoconcentration. La même procédure a été répétée comme à la première fraction et la fraction décongelée (cryoconcentré) est dénommée sous le nom de (Fraction décongelée # 2). À la fin de la deuxième fraction de cryoconcentration, un volume de 300 ml a été également recueilli en appliquant la même approche que celle utilisée pour la première fraction décongelée. Le reste de la solution (300 ml) a été utilisé comme solution d’alimentation de la troisième fraction de cryoconcentration. En somme, trois fractions ont été récupérées, dont la troisième est la glace résiduelle ((Fraction décongelée # 3). De plus, le thermocouple a été retiré puis connecté à l’ordinateur afin de faire une lecture graphique des valeurs enregistrées de la température en fonction du temps de résidence de la solution sucrée dans le congélateur et durant la phase de décongélation.

(29)

16

(30)

17

3-2-2- Extraction aqueuse des résidus de canneberge et l’impact de la cryoconcentration sur le jus secondaire résultant

Figure 3: Procédure utilisée montrant la combinaison synergique de l’extraction aqueuse

combinée avec la cryoconcentration des volets 1 et 2.

(31)

18

Afin d’extraire les composés phénoliques des résidus étudiés, deux volets seront pris en compte. La Figure 3 montre la différence entre les deux volets. La figure ci-dessus montre la combinaison entre la méthode d’extraction et la cryoconcentration des volets 1 et 2. D’une part, le volet 1 les résidus de canneberge du laboratoire de concentration 2,5 % et 10 % sont extraits à la vitesse de rotation 700 rpm, centrifugés à la vitesse de 8000 RCF (xg) pendant 30 min puis congelés à -20 ±2 °C. D’autre part, le volet 2 diffère du volet 1 par un broyage des résidus de canneberge avant l’extraction à une vitesse de rotation 700 rpm. Ces deux volets subiront la procédure de cryoconcentration en bloc complète selon (Aider et al. 2007; Balde and Aider 2016). La méthode sera répétée trois fois pour chaque volet afin d’affirmer les résultats obtenus de la technique.

3-2-3. Caractérisation des extraits et calcul des rendements d’extraction

Afin de déterminer l’efficacité de la méthode de la synergie de l’extraction et cryoconcentration, la quantité totale des polyphénols sera déterminée par la méthode Folin-Ciocalteu qui permet de calculer la concentration en polyphénols totaux (Nurmi et al., 1996). Une absorbance de 760 nm a été mesurée. La courbe standard d’acide gallique (10, 20, 40, 80, 100 µg/mL) est exprimée en grammes équivalents acides (GAE) par gramme d’échantillon sec, D’où l’équation est :

Y= 3,0672 X + 0,061 8 ; R² = 0,9976 (éq.1) Avec :

Y= Absorbance ; X= Concentration

La progression de la concentration en sucre obtenue sera déterminée par réfractométrie en fonction de chaque fraction. La matière sèche totale de chaque fraction est déterminée par la méthode AOAC Official Method 920 151. S’agissant de la couleur, un colorimètre sera utilisé. Dans le but, de déterminer la couleur a utilisant les grandeurs suivantes :

• L* pour la clarté entre 0 pour le noir et 100 pour le blanc ; • a* pour la valeur vert (-) et rouge (+) ;

(32)

19

3-2-4. Analyses statistiques

Le plan expérimental factoriel en bloc complet a été utilisé pour les objectifs 1 et 2. Le premier objectif, quatre traitements (sucrose, fructose, glucose et mélange des sucres), quatre concentrations (2,5 %, 5 %, 7,5 % et 10 %) et trois fractions cryoconcentrées ont été étudiées. Chaque traitement a été répété trois fois pour un total de 144 échantillons. Le deuxième objectif, deux traitements (volet 1 et volet 2), deux concentrations (2,5 % et 10 %), trois fractions plus une fraction initiale ont été étudiés. Chaque traitement a été répété trois fois pour un total de 48 échantillons. L’analyse statistique a été effectuée en utilisant le logiciel SAS-University version7.

(33)

20

4. RÉSULTATS ET DISCUSSION

4-1.1 Temps de congélation des sucres à diffèrent concentration

Le Tableau 3 montre que les résultats de la moyenne du temps de congélation et la température des traitements à différentes concentrations des solutions sucrées sont significatifs. Les concentrations ne sont pas significatives au temps de congélation et à la température au seuil de 1 %. Chaque concentration a son temps de congélation. Le Tableau 3 ci-dessus illustre la différence du temps à chaque concentration. Le temps de congélation du fructose, glucose, sucrose et mélange à la concentration 2,5 % sont respectivement de 1005 ; 1018 ; 976.67 ; 970 minutes. À la concentration de 5 %, le temps de congélation de fructose, glucose, mélange et sucrose est de 1038,33 ; 1056.67 ; 945 et 971,67 minutes respectivement. Celle de 7,5 % le temps de congélation est de 1060 ; 1058.33 ; 923.33 et 938,33 minutes pour le fructose, glucose, mélange et sucrose respectivement. Enfin, le temps de congélation du fructose, glucose, mélange et du sucrose à la concentration 10 % sont de respectivement 1030 ; 1051.67 ; 973.33 ; 926.67 minutes. Le Tableau 4 montre qu’il y a une différence significative entre les sucres au seuil de 1 %.Comme on peut le constater sur la Figure 3, le temps de congélation du mélange des sucres est court par rapport au temps de congélation du sucrose. Ce dernier est plus court que celui du glucose et fructose à -20 ±2 °C. Ceci est dû au poids moléculaire de chaque solution de sucre qui est affecté par la température de congélation, ce qui signifie que le point de congélation d’une solution composée est inférieur au point de congélation d’une solution simple. C’est dans ce même sens, que Raventos et al. (2007) ont également montré dans une étude que la température de congélation d’une solution affecte la présence des solutés à faible fraction molaire que celle de fraction molaire forte. Ainsi, le point de congélation des solutions du glucose et du fructose est très inférieur au point de congélation du saccharose (Raventós et al. 2007).

(34)

21

Tableau 3 : Moyenne du temps de congélation et température à différentes concentrations. Traitement Concentration (%)

Moyenne Temps de

Congélation (min) Moyenne TEMP (°C)

Fructose 2.5 1005.00 -20.23 5.0 1038.33 -21.94 7.5 1060.00 -20.76 10.0 1030.00 -20.51 Glucose 2.5 1018.33 -21.83 5.0 1056.67 -20.95 7.5 1058.33 -21.41 10.0 1051.67 -20.49 Sucrose 2.5 976.67 -20.05 5.0 971.67 -20.96 7.5 938.33 -19.90 10.0 926.67 -19.49 Mélange* 2.5 970.00 -20.47 5.0 945.00 -20.68 7.5 923.33 -21.56 10.0 973.33 -19.60

(35)

22

Trt : Traitement ; C : Concentration ; TC : Temps de congélation ; me : Mélange (composé de : 2% glucose, 2% fructose et 1% sucrose) ; Fr : fructose ; Gl : Glucose ; Su : Sucrose.

(36)

23

Tableau 4 : Résultats de l’ANOVA des différences moyennes des moindres carrés du temps

de congélation.

Differences of Least Squares Means

Effect Trt C Trt C Estimate Standar d Error DF t Value Pr > |t| Trt*C Fr 2.5 Gl 2.5 -13.3333 69.9355 32 -0.19 0.8500 Trt*C Fr 2.5 Su 2.5 28.3333 62.9098 32 0.45 0.6555 Trt*C Fr 2.5 me 2.5 35.0000 53.5023 32 0.65 0.5177 Trt*C Fr 5.0 Gl 5.0 -18.3333 69.9355 32 -0.26 0.7949 Trt*C Fr 5.0 Su 5.0 66.6667 62.9098 32 1.06 0.2972 Trt*C Fr 5.0 me 5.0 93.3333 53.5023 32 1.74 0.0907 Trt*C Fr 7.5 Gl 7.5 1.6667 69.9355 32 0.02 0.9811 Trt*C Fr 7.5 Su 7.5 121.67 62.9098 32 1.93 0.0620 Trt*C Fr 7.5 me 7.5 136.67 53.5023 32 2.55 0.0156 Trt*C Fr 10.0 Gl 10.0 -21.6667 69.9355 32 -0.31 0.7587 Trt*C Fr 10.0 Su 10.0 103.33 62.9098 32 1.64 0.1103 Trt*C Fr 10.0 me 10.0 56.6667 53.5023 32 1.06 0.2975 Trt*C Gl 2.5 Su 2.5 41.6667 58.6420 32 0.71 0.4825 Trt*C Gl 2.5 me 2.5 48.3333 48.4123 32 1.00 0.3256 Trt*C Gl 5.0 Su 5.0 85.0000 58.6420 32 1.45 0.1569 Trt*C Gl 5.0 me 5.0 111.67 48.4123 32 2.31 0.0277 Trt*C Gl 7.5 Su 7.5 120.00 58.6420 32 2.05 0.0490 Trt*C Gl 10.0 Su 10.0 125.00 58.6420 32 2.13 0.0408 Trt*C Gl 10.0 me 10.0 78.3333 48.4123 32 1.62 0.1155 Trt*C Su 2.5 me 2.5 6.6667 37.5555 32 0.18 0.8602 Trt*C Su 5.0 me 5.0 26.6667 37.5555 32 0.71 0.4828 Trt*C Su 7.5 me 7.5 15.0000 37.5555 32 0.40 0.6922 Trt*C Su 10.0 me 10.0 -46.6667 37.5555 32 -1.24 0.2230

Trt : Traitement ; C : Concentration ; TC : Temps de congélation ; me : Mélange (composé de : 2% glucose, 2% fructose et 1% sucrose) ; Fr : fructose ; Gl : Glucose ; Su : Sucrose.

(37)

24

4-2. Temps de décongélation des sucres aux différentes concentrations de chaque fraction

Tableau 5 : Estimation du temps de décongélation à différentes concentrations de chaque

fraction. Traitement Concentration (%) Fraction Estimation du temps de décongélation, min Fructose 2.5 1 347.14 2.5 2 251.99 Fructose 5.0 1 301.28 5.0 2 230.89 Fructose 7.5 1 275.28 7.5 2 220.94 Fructose 10.0 1 254.72 10.0 2 211.29 Glucose 2.5 1 372.09 2.5 2 244.06 Glucose 5.0 1 326.55 5.0 2 232.73 Glucose 7.5 1 305.72 7.5 2 222.22 Glucose 10.0 1 280.38 10.0 2 214.30 Sucrose 2.5 1 366.93 2.5 2 275.49 Sucrose 5.0 1 356.31 5.0 2 261.08 Sucrose 7.5 1 305.98 7.5 2 245.16 Sucrose 10.0 1 293.88 10.0 2 221.91 Mélange 2.5 1 384.06 2.5 2 243.83

(38)

25 Traitement Concentration (%) Fraction Estimation du temps de décongélation, min Mélange 5.0 1 311.59 5.0 2 257.61 Mélange 7.5 1 273.33 7.5 2 252.97 Mélange 10.0 1 255.82 10.0 2 199.24

La décongélation partielle des traitements s’est fait au sens inverse de la congélation à température pièce, et a favorisé l’écoulement gravitationnel du concentré. Le Tableau 5 montre que chaque fraction a un temps de décongélation. Pour chaque concentration, le temps des deux premières fractions a été calculé. Les résultats du Tableau 5 montrent également que le temps de congélation de la première fraction est plus élevé que celle de la deuxième fraction à la même concentration. De plus, la Figure 5 montre aussi que la durée de décongélation est plus élevée à une concentration faible qu’à une concentration forte. Elle est estimée à 367,55 ; 323.93 ; 290.08 ; 271.20 min à une concentration de 2,5 ; 5 ; 7.5 ; 10 % à la première fraction est de 253,84 ; 253.84 ; 245.58 ; 211.69 min, à des concentrations respectives de 2,5 ; 5 ; 7.5 et 10 % à la deuxième fraction. De ce qui précède, nous pouvons dire que la concentration est un facteur qui influence le temps de décongélation. Par ailleurs, la Figure 6 montre le poids moléculaire du sucrose, fructose, glucose et du mélange a un impact aussi sur le temps de décongélation de la solution, grâce à la densité des oses, dans les concentrations 2,5 %, nous constatons que la densité du fructose et du glucose est plus grande que celle du sucrose et du mélange. Ceci permet d’obtenir un temps plus court pour les sucres simples (glucose et fructose) par rapport au sucre composé (sucrose et mélange des sucres). À la concentration de 10 %, la densité du mélange est plus grande que celle des autres sucres. Plus la densité est grande, plus la vitesse d’écoulement gravitationnelle est rapide, par conséquent la séparation entre le concentra et la glace est rapide (Burdo 2005).

(39)

26

TD : Temps de décongélation, C : concentration ; F: Fraction.

Figure 5: Temps de décongélation des fractions de chaque concentration.

TD : Temps de décongélation, C : concentration ; Trt : traitement ; me : Mélange (composé de : 2% glucose, 2% fructose et 1% sucrose) ; Fr : fructose ; Gl : Glucose ; Su : Sucrose.

(40)

27

4-3. Degré Brix de chaque fraction

Tableau 6 : Analyse du degré Brix des différentes solutions cryoconcentrées.

Traitement Concentration (%) Fraction Estimation du degré Brix (°Bx) Fructose 2.5 1 6.2318 2.5 2 1.6318 2.5 3 0.3318 Fructose 5.0 1 12.3955 5.0 2 2.6363 5.0 3 0.4318 Fructose 7.5 1 17.4955 7.5 2 4.3637 7.5 3 0.5408 Fructose 10.0 1 21.7007 10.0 2 6.5401 10.0 3 0.7000 Glucose 2.5 1 6.2318 2.5 2 1.6726 2.5 3 0.3682 Glucose 5.0 1 12.2726 5.0 2 2.5408 5.0 3 0.5408 Glucose 7.5 1 16.8726 7.5 2 4.1274 7.5 3 0.5408 Glucose 10.0 1 20.9682 10.0 2 6.6045 10.0 3 0.5637 Sucrose 2.5 1 5.9682 2.5 2 1.8955 2.5 3 0.5592 5.0 1 12.3637

(41)

28

Traitement Concentration (%) Fraction Estimation du degré Brix (°Bx) Sucrose 5.0 2 2.6503 5.0 3 0.4682 Sucrose 7.5 1 17.6051 7.5 2 4.1682 7.5 3 0.5592 Sucrose 10.0 1 22.1873 10.0 2 6.4630 10.0 3 0.7363 Mélange 2.5 1 6.0318 2.5 2 1.9452 2.5 3 0.4045 Mélange 5.0 1 12.1592 5.0 2 2.3637 5.0 3 0.5318 Mélange 7.5 1 17.0815 7.5 2 4.0955 7.5 3 0.5726 Mélange 10.0 1 21.5318 10.0 2 6.4777 10.0 3 0.7274

Le Tableau 6 montre la répartition des trois fractions de chaque concentration des oses lors de la cryoconcentration par congélation en bloc complet. À la première fraction de la cryoconcentration, une augmentation de degrés Brix des oses obtenus a été constatée. Ces résultats montrent que la congélation a été effectuée jusqu’au cœur du produit et a permis une augmentation de la quantité d’eau congelée (solidifiée). En effet, l’eau est présente dans les solutions sucrées sous deux formes : l’eau libre et l’eau liée. L’eau libre se fige facilement. En revanche, l’eau liée ne gèle pas facilement, elle s’associe à des molécules et aux ions grâce aux liaisons d’hydrogène. Sa géométrie dépend non seulement de l’eau, mais également à d’autres molécules simples ou complexes qui l’environnent. Pendant l’interaction, la structure de l’eau se désordonne et conduit à une augmentation de l’entropie, de la teneur en eau, la teneur de la

(42)

29

matière sèche totale de la cryoconcentration (Prawitwong et al. 2007; Aider and De Halleux 2008; Pazmiņo et al. 2017). Comme le stipule Moreno et al. (2014) le pourcentage élevé de la première fraction est dû à l’augmentation de la quantité d’eau causée par la congélation (Moreno et al. 2014). Lors de la deuxième et troisième fraction, la présence de la glace est plus marquée que lors de la première fraction. La forme géométrique du milieu est aussi modifiée. Ceci est dû à une forte existence de l’eau liée en forme de gel et une faible interaction entre le groupement hydroxyle avec les fonctions des oses (cétone et aldéhyde) de l’eau libre. On constate, la quantité de la concentration a diminuée à la deuxième fraction. À la troisième fraction, elle a été encore plus remarque.

Par ailleurs, les résultats des fractions dépendent de la concentration de départ. La Figure 7 montre que les concentrations et les fractions sont significatives. On constate qu’à des concentrations de départ de 2,5 ; 5 ; 7.5 et 10 %, le degré Brix de la première fraction a doublé ; elle est passée respectivement à 6,115 9 %, 12,297 8, 17,263 7 et 21,597 0 %. Celle de la deuxième fraction est passée à 1,786 3 ; 2.5478 ; 4.1887 et 6,521 3 % et de la troisième fraction est passée de 0,415 9 ; 0.4932 ; 0.5533 et 0,681 8 %, D'où plus la concentration du départ est élevée plus la concentration des fractions est grande. De plus, les Figures 8-9 montrent le fructose, glucose, sucrose et le mélange ne sont pas significatives à la concentration et aux fractions.

Trt : Traitement ; C : Concentration ; F : fraction ; DB : degré Brix

Références

Documents relatifs

A partir de una serie de experiencias visitadas en Nicaragua, tales como PAGRICC, Adaptación al cambio climático en las Segovias, PIMCHAS y AguaSan, y también a partir de

- certains pays considèrent l’utilisation de déchets plastiques dans les hauts fourneaux comme du recyclage à 100 %, tandis que d’autres le répartissent entre

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des

Sur la figure 4 sont représentés les mécanismes de rupture obtenus par le calcul déterministe, puis pour un calcul fiabiliste avec une pression appliquée de 70 kPa, en prenant

Les essais menés dans le milieu à 35.8 °Brix (milieu de culture se rapprochant le plus des sirops de dattes brutes) montrent que la croissance des levures Saccharomyces

Au milieu de cette tragédie que fut la Grande guerre, grâce aux centres de l’ACM dans notre région, des soldats sans doute marqués à jamais dans leur chair et dans leur esprit

Dans ce travail de thèse, nous avons adopté une approche multi-modale pour comprendre les effets de l’âge sur la production lexicale et apporter une vision différente à

Les tenants de la légitimation sociale expliquent le plus grand esprit d’en- treprendre de certains pays par l’incidence globale d’une culture et d’institutions favorables, là