Le séchage convectif est une méthode fréquemment utilisée pour conserver les aliments. Le séchage est affecté par plusieurs phénomènes, tels que la transition vitreuse, le rétrécissement ou la porosité de l’aliment. La qualité du produit sec est souvent moindre par rapport à celle du produit d'origine. La compréhension de la relation de base dans un aliment durant le séchage aidera à mieux contrôler le procédé. Le but de cette étude est d'analyser le rôle de la transition vitreuse, de la porosité, de la structure et de la composition de l’aliment sur le rétrécissement et à valider l'application de la loi de Fick pour la diffusion de l'eau à l'intérieur du produit durant le séchage convectif. Dans le chapitre 1, une revue de la littérature sur le séchage convectif, la transition vitreuse et le rétrécissement, ainsi que des études spécifiques sur le transfert de masse non-Fickien durant le séchage sont présentées. À partir de l'évolution des connaissances dans ce domaine, il a été démontré que la transition vitreuse et la porosité peuvent affecter le transfert de masse, le profil d'humidité et le rétrécissement durant le séchage convectif, en modifiant les propriétés mécaniques de la matrice où l'humidité est transportée, ainsi que la formation de la couche vitreuse à la surface du produit durant des conditions de séchage spécifiques. Dans le chapitre 2, des isothermes de sorption et la température de transition vitreuse de pommes de terre, de carottes (cellulaire) et de deux systèmes de gel (non-cellulaire) ont été déterminées expérimentalement et ont été estimés à l’aide de modèles mathématiques. Les modèles mathématiques de Guggenheim, Anderson, de Boer (GAB) et de Gordon-Taylor (G-T) ont par la suite été utilisés pour représenter respectivement les isothermes de sorption et la température de transition vitreuse en fonction de la teneur en humidité. L'équation de Khalloufi-Ratti (K-R) a été utilisée pour la prédiction de la température de transition vitreuse en fonction de l'activité de l'eau. Une bonne corrélation entre les données expérimentales et les modèles GAB, G-T et K-R a été observée. Les facteurs influençant le rétrécissement durant le séchage ont été analysés dans les deux chapitres suivants, l'un pour les aliments non-cellulaires et l'autre pour les aliments cellulaires. Dans le chapitre 3, l'impact de la transition vitreuse sur le rétrécissement de deux systèmes non-cellulaires durant le séchage convectif a été évalué. Le changement de volume, la porosité, la teneur en eau, la température du produit et les profils d'humidité des systèmes alimentaires non-cellulaires ont été étudiés durant le séchage convectif. La porosité et la réduction de volume en fonction de la teneur en humidité ont été représentées avec une grande précision par les modèles mathématiques développés par Khalloufi et al. Aucune différence significative de porosité et de rétrécissement entre les deux échantillons pendant le séchage n'a été observée. Aucune variation de la pente de la courbe de rétrécissement en fonction de la teneur en humidité durant le séchage n’a été observée Ces résultats indiquent que la transition vitreuse seule n'est pas un facteur déterminant dans les changements de porosité ou de volume pendant le séchage convectif des systèmes alimentaires non-cellulaires. Dans le chapitre 4, le rétrécissement des aliments cellulaires durant le séchage convectif a été analysé. La teneur en humidité initiale de la carotte à l'extérieur et au centre de la racine était identique, tandis que celles de la pomme de terre étaient significativement différentes. Les cellules des échantillons de pommes de terre provenant de la partie extérieure de la racine avaient un volume plus faible avec une teneur en amidon plus élevée que celle provenant de la partie centrale de la racine. La relation entre le rétrécissement de la carotte et la teneur en humidité du produit durant le séchage était linéraire. Pour la pomme de terre, une variation de la pente de la courbe de rétrécissement en fonction de la teneur en humidité durant le séchage a été observée. La température de l'air et la vitesse de l'air n'ont eu aucun effet sur le comportement de rétrécissement des deux produits. De plus, aucun impact significatif de la transition vitreuse sur le rétrécissement des échantillons n'a été observé. La différence au niveau de la teneur en amidon et au niveau de la structure cellulaire, de même que leur impact sur les propriétés mécaniques du matériau ont été identifiées comme étant fort probablement responsables des différences observées au niveau du rétrécissement. Dans le chapitre 5, l'effet de la transition vitreuse sur les profils d'humidité de deux systèmes de gel et de pomme de terre à différentes conditions de séchage a été étudié. Les profils d'humidité des échantillons ont montré une forme carrée au début du séchage. Au stade intermédiaire du séchage, les profils d'humidité sont devenus plus arrondies sur les bords de la matrice comme observé durant le transport Fickian. La loi de Fick a été utilisée pour prédire raisonnablement bien les profils d’humidité de différents matériaux ayant des températures de transition vitreuse différentes et pour différentes conditions de séchage. Mots clés: profil d'humidité, transition vitreuse, rétrécissement, porosité, amidon, propriété mécanique. / Air-drying is a frequent method used to preserve foods. The drying is affected by several phenomena, such as glass transition, shrinkage, or porosity. The quality of an air-dried product is often drastically reduced from that of the original foodstuff. Understanding the basic relationship prevailing during moisture transfer within a food will lead to better process control. The aim of this study is analyze the role of glass transition, porosity, food structure and composition on the shrinkage of food during air drying, and on the application of Fick’s law to the diffusion of water inside the product during the convective drying. In chapter 1, a literature review on air-drying, glass transition and shrinkage phenomenon, as well as specific studies on non-Fickian mass transfer during drying are presented. From the knowledge evolution in this area, it has been shown that glass transition and porosity may impact mass transfer, moisture profiles and shrinkage during air-drying, by changing the mechanical properties of the matrix where moisture is transported, as well by the formation of a glassy layer at the surface of the product during specific operation conditions. In chapter 2, glass transition temperature and sorption isotherms of potato, carrot (cellular) and two gel systems (non-cellular) were determined from experimental data and estimated from mathematical modelling. Guggenheim, Anderson, de Boer (GAB) and Gordon–Taylor (G-T) mathematical models were used to represent sorption isotherms and glass transition temperature, respectively, as a function of moisture content. Khalloufi-Ratti (K-R) equation was used for the prediction of glass transition temperature as a function of water activity. A good correlation between experimental data and GAB, G-T, and K-R models was observed. The study of different factors on shrinkage during drying was analysed in two chapters, for non-cellular and cellular foods. In chapter 3, the impact of glass transition on shrinkage of two non-cellular systems during air-drying was assessed from experimental data and the interpretation of a ‘shrinkage’ function involved in a mathematical model. Volume change, porosity, water content, product temperature and moisture profiles of non-cellular food systems were monitored during convective drying. The porosity and volume reduction as a function of moisture content were captured with high accuracy when represented by the mathematical models developed by Khalloufi et al. No significant differences in porosity and in maximum shrinkage between both samples during drying were observed. No change in the slope of the shrinkage curve as a function of moisture content was perceived. These results indicate that glass transition alone is not a determinant factor in changes of porosity or volume during air-drying of non-cellular food systems. In chapter 4, shrinkage of cellular food during air drying was analysed. The initial moisture content of carrot at exterior and center of the root were identical while those of potato were not. The cells of the exterior potato samples had smaller volume with higher starch content than the center sample. Shrinkage of carrot had a linear relationship with moisture content during drying. For potato, a change in the slope of the shrinkage curve as a function of moisture content during drying was observed. The air temperature and air speed had no effect on the shrinkage behaviour of both products. No significant impact of glass transition on shrinkage of samples has been found. Differences in starch content, in structure of the cellular material and its relationship with mechanical properties of material are probably responsible for the different shrinkage observed. In chapter 5, the effect of glass transition on moisture profiles of two gel systems and potato at different drying conditions was investigated. The moisture profiles of samples showed a sharp form at the beginning of drying. At the middle stage, the moisture profiles became round as indicated in Fickian transport. Fick’s law can be used to predict reasonably well the profiles of different materials having different glass transition temperatures and for different drying conditions. Keywords: moisture profile, glass transition, shrinkage, porosity, starch, mechanical properties.

La conservation de la qualité des propriétés nutraceutiques de l'ail pendant le séchage variable et son entreposage a été étudiée. Les meilleures conditions de séchage cyclique permettant d'optimiser le temps de séchage et la préservation de la capacité de formation de l'allicine de l'ail séché tout en minimisant les changements physiques et chimiques ont été identifiées. La qualité de l'ail séché, le brunissement non enzymatique, la couleur, la capacité d'adsorption de l'eau du produit sec et les transitions d'état produits lors du séchage ont été évalués. Pour les propriétés nutraceutiques de l'ail, l'activité de l'enzyme allinase et la génération d'allicine. Pour suivre la formation d'allicine lors du séchage de l'ail, la méthode de mesure d'acide pyruvique a été sélectionné, en raison de la stabilité du produit formé, de la simplicité de la méthode et de sa cinétique de dégradation, semblable à l'allicine. L'inactivation de l'enzyme allinase et la perte des composants par l'effondrement de la structure cellulaire expliquent la dégradation de la qualité nutraceutique de l'ail. Par contre, les cycles de température, tout comme les sucres présents dans l'ail ont contribué à la protection de l'activité enzymatique. Ce sont les réactions de type Maillard qui sont responsables du brunissement et de la formation et/ou la dégradation de la couleur rouge et jaune des tissues. Le séchage cyclique réduit significativement le brunissement et la formation et/ou la dégradation de la couleur par rapport au séchage à température constante. Les dégradations produites par le séchage sont reliées à l'activité de l'eau (aw). Le modèle GAB nous a permis d'étudier les isothermes d'adsorption décrivant la capacité d'adsorption d'eau de l'ail sec. Pour réduire ou arrêter le brunissement la différence entre la température de surface (T) et la température de transition vitreuse (Tg), T-Tg doit être la plus faible possible. Lors de l'entreposage de l'ail séché, pour que celui-ci conserve sa capacité de génération d'allicine la valeur T-Tg doit être aussi réduite. Dans ce cas T représente la température d'entreposage. Cependant, même si les propriétés physiques sont stables, on a constaté une perte de la capacité de formation de l'allicine pendant l'entreposage. Ceci est dû à des phénomènes de relaxation des structures amorphes. Pour interpréter le séchage cyclique, la diffusivité effective Deff en fonction de la teneur en eau a été calculée. Cette valeur de Deff variait entre 3 x 1CT10 et 2 x 10"9 m2 /s. La valeur maximale de Deff a été identifiée et nous avons montré qu'on pouvait la relier à la porosité du produit. C'est le cycle de température 40-60X avec des cycles de temps 20-40-20-40 min qui a été le plus efficace pour le temps de séchage. Cependant la perte de la capacité de formation d'allicine dans le produit séché a été inférieure à 10% pour le même cycle de température mais avec un cycle de temps 20-20-20-20. Ceci montre l'importance de trouver un compromis entre la préservation de la capacité de formation d'allicine et le temps de séchage. Nous avons montré que la dégradation de la qualité pendant le séchage était bien décrite par des modèles de 1er et de 2nd ordre. Pour les isothermes de sorption et la transition vitreuse l'utilisation respective des modèles de GAB et de Gordon-Taylor ont donné de bons résultats.

Le projet vise l’optimisation de l’évaporation industrielle sous vide des extraits liquides de petits fruits, phase du procédé de production d’extraits nutraceutiques, afin d’augmenter son efficacité énergétique, tout en conservant une grande qualité de produit. Nous avons étudié l’impact de la température d’évaporation (55, 65 et 75 (C) sur trois paramètres : la consommation énergétique, le débit d’évaporation et la qualité des extraits. La consommation a été calculée par différentes mesures sur l’état du système et du produit. Les débits ont été mesurés par des différentiels de niveaux de réservoirs puis la qualité évaluée selon la méthode Folin-Ciocalteu. Au niveau de la consommation, celle-ci passe de 0,358 à 0,373 kWh/l en passant de 55 à 75°C. Pour les débits, ceux-ci augmentent de 462 l/h à 902 l/h en passant de 55 à 75 (C. En ce qui a trait à la qualité, aucun extrait ne présente de signes de détérioration. / The objective of this project is to optimize the evaporation of small fruit liquid extracts, a crucial step in the transformation process of nutraceutical extract production in order to increase its energetic efficiency while keeping a good product quality. The impact of temperature (55, 65 and 75°C) was studied over 3 main parameters; the energetic consumption, the vaporization rate and the extract quality. Its consumption was calculated based on measurements made on the state of the system and on the product. The vaporization rates were measured with level differentials on retention tanks and the product quality evaluation was based on the Folin-Ciocalteu method. For the energetic consumption, they increase from 0.358 to 0.373 kWh/l when passing from 55 to 75 °C. For the vaporization rates, they increase from 462 l/h to 902 l/h when passing from 55 to 75 °C. As for the quality, none of the extracts presents signs of deterioration.