Dewatering processes impact on mass transfer and degradation mechanisms of ascorbic acid and phenolic compounds of apple. Study on six dessert or cider apple cultivars.
Impact des procédés de déshydratation sur les transferts de matière et sur les mécanismes de dégradation de l’acide ascorbique et des composés phénoliques de la pomme. Application à six variétés de pommes de table ou à cidre
Résumé
A regular consumption of fresh or processed fruit is widely acknowledged for its beneficial effect on health. Polyphenols, which are naturally present in fruit, generate an increasing interest from nutritionists, manufacturers and consumers because of their antioxidant properties and their potential role in the prevention of certain cancers and cardiovascular diseases. Apple is naturally rich in polyphenols and its regular consumption makes it very interesting in terms of daily intake. Nevertheless, studies on the impact of processing on their behaviour are scarce.
In this thesis, two processes, dehydration-impregnation by soaking (DIS) and convective drying, have been studied separately and combined. Several cultivars of dessert apples (Belchard ®, Royal Gala and Reinette grise of Canada) and cider apples (Avrolles, Guillevic and Marie Ménard) were selected, through three consecutive years. For each process, dehydration and degradation kinetics of ascorbic acid and different classes of polyphenols were followed, antioxidants being measured by HPLC-UV-DA; two temperatures (45 and 60 °C) were tested in DIS. Changes in sugars concentrations during DIS (fructose, glucose and sucrose) were also measured by HPLC-RI.
Having set up the analytical methods for quantifying ascorbic acid and phenolic compounds on products enriched in sucrose, these compounds were monitored as a function of processing time.
During DIS, a significant impact of the crop year was observed on mass transfer, larger than the cultivar's one. Temperature accelerates mass transfers and has a negative impact on the retention of antioxidants. However, the results reveal significant differences between polyphenols and ascorbic acid behaviours. The loss of ascorbic acid is very rapid, mainly due to oxidation and leaching with water. Concerning polyphenols retention differs with their chemical structure. Procyanidins, polymerized compounds which can bind with cell walls polysaccharides, undergo very little loss. On the opposite, hydroxycinnamic acids, preferential substrate of the polyphenol oxidase with a low molecular weight, record higher loss.
By comparison, convective drying better preserves ascorbic acid and phenolic compounds, without any difference due to their chemical characteristics. In addition, apple cultivar showed little impact on mass transfer.
When combined to convective drying and even if it only represented 10% of the total processing time, DIS lead to about half of the final losses in polyphenols. Differences observed between compounds were similar to those already described for DIS. The impregnation of sucrose may nevertheless be interesting to mask the astringency of procyanidins and improve the taste of dried apples.
La consommation régulière de fruits, sous forme fraîche ou transformée, est largement préconisée pour son effet bénéfique sur la santé. Les polyphénols contenus dans les fruits suscitent un intérêt croissant de la part des nutritionnistes, des industriels et des consommateurs, du fait de leurs propriétés antioxydantes et de leur rôle dans la prévention de certaines formes de cancers et des maladies cardiovasculaires. La pomme est naturellement riche en polyphénols et sa consommation courante la rend très intéressante en termes d'apports journaliers. Néanmoins, l’impact des procédés de transformation sur le devenir des composés antioxydants est peu étudié.
Au cours de cette thèse, deux procédés, la déshydratation-imprégnation par immersion (DII) et le séchage convectif, ont été examinés séparément et combinés. Différentes variétés de pommes de table (Belchard®, Royal Gala et Reinette grise du Canada) et de pommes à cidre (Avrolles, Guillevic et Marie Ménard) ont été sélectionnées, sur trois années consécutives. Pour chacun des procédés, les cinétiques de déshydratation et de dégradation de l’acide ascorbique et des différentes classes de polyphénols ont été suivies, les concentrations en antioxydants étant mesurées par CLHP-UV-BD ; pour la DII, deux températures (45 et 60 °C) ont été étudiées. L’évolution des teneurs en sucres (fructose, glucose et saccharose) au cours de la DII a également été mesurée, par CLHP-IR.
Après avoir mis au point les méthodes analytiques permettant de quantifier l’acide ascorbique et les composés phénoliques sur produits sucrés, ces composés ont été suivis en fonction du temps de procédé.
En DII, un impact significatif de l’année de récolte a été observé sur les transferts, plus important que celui attribuable à la variété. Les transferts s’intensifient avec la température qui a aussi un impact négatif sur la rétention en antioxydants. Toutefois, les résultats font ressortir des différences de comportement significatives entre les polyphénols et l’acide ascorbique. La perte en acide ascorbique est très rapide, essentiellement due à l’oxydation et l’entraînement par l’eau. En ce qui concerne les polyphénols, leur rétention diffère selon leur structure chimique. Les procyanidines, composés polymérisés et capables de créer des interactions avec les composés des parois cellulaires, subissent très peu de pertes. Par contre, les acides hydroxycinnamiques, substrats préférentiels de la polyphénoloxydase et de faible masse moléculaire, enregistrent une perte plus importante.
Par comparaison, le séchage convectif préserve mieux l’acide ascorbique et les composés phénoliques, sans différences marquées selon leur structure chimique. De plus, la variété semble avoir une faible incidence sur les transferts.
Lors de l’enchaînement de DII / Séchage proposé, la DII, même si elle ne représente que 10% du temps de traitement, est responsable d'environ la moitié des pertes finales en polyphénols, avec des différences entre composés similaires à celle déjà décrites en DII et en séchage convectif. L’imprégnation en saccharose peut être néanmoins intéressante pour masquer l’astringence des procyanidines et améliorer les qualités gustatives des pommes séchées.
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