La déshydratation osmotique est une technique de séchage partiel ayant lieu à de basses températures (moins de 50°C), permettant de préserver la qualité des produits comparativement au séchage conventionnel. De plus, une formulation du produit peut être réalisée en utilisant des solutions riches en composés bénéfiques, comme le sirop d'agave qui contient des prébiotiques (inuline). Elle est pratique pour conserver les fruits saisonniers comme la mangue dont les caractéristiques organoleptiques et nutritionnelles la placent parmi les fruits les plus consommés au monde. Cependant, l'imprégnation de solutés (sucres ou sels) augmente la teneur calorique des produits après la déshydratation osmotique. De plus le sucrose, le soluté le plus utilisé, n'est pas adapté à certains consommateurs qui y sont intolérants. Enfin, la teneur élevée en sucres dans les aliments est incriminée dans les maladies cardiovasculaires et l'obésité. C'est pourquoi, ce projet avait pour but d'optimiser le procédé de déshydratation osmotique de la mangue afin de produire des mangues déshydratées osmotiquement avec du sirop d'agave et ayant une teneur ajoutée en sucres réduite. Dans un premier temps, la viscosité et la rhéologie des solutions osmotiques de composition différentes ont été caractérisées, suivi de la déshydratation osmotique des morceaux de mangues Tommy Atkins d'épaisseurs 0.4 cm et 1.5 cm. Les résultats ont montré que l'augmentation de la viscosité, de la taille des molécules de solutés ainsi que de l'épaisseur de la mangue peuvent permettre de réduire le gain en sucres ajoutés tout en maintenant une quantité suffisante de perte en eau. En second lieu, des analyses par chromatographie liquide haute performance de la quantité et du profil en sucres individuels des mangues déshydratées dans les différentes solutions osmotiques, ont montré que la composition initiale de la mangue en différents sucres ainsi que la composition de la solution osmotique influencent le profil final en sucres. Une perte en sucrose et un gain en fructose et glucose ont été observés dans la mangue lorsque des solutions pauvres en sucrose ont été utilisées, permettant ainsi de moduler le profil final de sucres du produit. La présence d'inuline a été détectée dans la mangue après la déshydratation osmotique, ce composé prébiotique est bénéfique pour la flore intestinale et est une valeur ajoutée dans le produit final. Une analyse par microscopie électronique à balayage a permis d'observer le mode de dépôt des différents solutés sur la mangue au cours de la déshydratation osmotique, et ainsi déterminer les mécanismes par lesquels une réduction d'entrée de solides est possible. Finalement, des prétraitements de congélation/décongélation et de champ électrique pulsé ont permis de modifier la structure microscopique de la mangue avant de la soumettre à la déshydratation osmotique. Cette étape a montré que le type de prétraitement impacte l'effet sur le transfert de matières. La congélation/décongélation a augmenté le gain en sucres au détriment de la perte en eau, et l'effet du champ électrique pulsé (dans les écarts des variables utilisées dans cette étude) était négligeable sur le transfert de matières en général. Cependant, l'utilisation de solutions osmotiques à viscosité élevée a permis de réduire le gain en sucres dans le cas des mangues dont la structure cellulaire a été sévèrement endommagée par la congélation/décongélation. Cette thèse constitue une contribution dans la production de mangues déshydratées (et de fruits en général) ayant une teneur en sucres ajoutés réduite et des ingrédients fonctionnels tels que l'inuline qui est bénéfique pour l'organisme. / Osmotic dehydration is a partial drying technique which necessitates low temperatures (less than 50°C), allowing product quality to be preserved compared to conventional drying. It allows product formulation throughout solutions rich in beneficial compounds, such as agave syrup which contains prebiotics (inulin). It is practical for preserving seasonal fruits such as mango which organoleptic and nutritional characteristics rank it among the most consumed fruits in the world. However, the impregnation of solutes (sugars or salts) increases the caloric content of products after osmotic dehydration. In addition, sucrose, the most used solute, is not suitable for certain consumers who are sucrose intolerant. Finally, the high content of sugars in food is incriminated in cardiovascular diseases and obesity. Therefore, this project aimed at optimizing mango osmotic dehydration process to produce osmotically dehydrated mangoes in agave syrup and with low sugar content. Firstly, viscosity and rheology of osmotic solutions of different compositions were characterized, followed by the osmotic dehydration of Tommy Atkins mangoes with thicknesses of 0.4 cm and 1.5 cm. The results showed that increasing solution viscosity, solutes molecules size, as well as mango thickness can reduce sugar gain while maintaining enough water loss. Secondly, high performance liquid chromatography results showed that initial composition of mango sugars as well as composition of osmotic solution influence the final sugar profiles of dehydrated mango. A loss in sucrose together with a gain in fructose and glucose have been reported in mango when osmotic solutions with low concentration of sucrose were used. Inulin was found in mango after osmotic dehydration in solutions containing inulin, this prebiotic compound is beneficial for gut microbiota and is therefore an added value in the final product. An analysis by scanning electron microscopy demonstrated the behavior of different solutes on the mango surface during osmotic dehydration allowing the understanding of the mechanisms by which solids gain could be reduced. Finally, freeze-thawing, and pulsed electric field pretreatments were applied to mango to modify its tissue structure before osmotic dehydration. Results indicated that the type of pretreatment impacts the mass transfer differently. Freeze-thawing increased sugar gain and negatively affects water loss, where as pulsed electric field effect was negligible on mass transfer in general. However, high viscosity osmotic solutions reduced sugar gain for frozen-thawed mango. This thesis contributes to the research field of processed mangoes and in general, processed fruits, with low sugar content together with added functional ingredients such as inulin which is beneficial for the gut microbiota.

Le séchage de denrées alimentaires est une filière clé de la transformation des aliments, tant dans nos pays que dans les pays en voie de développement. Cette opération, largement utilisée dans l’industrie agro-alimentaire, permet d’augmenter significativement la durée et la diversité d’utilisation de nombreux aliments. Néanmoins, au cours d’une opération de séchage, l’élévation de la température et l’exposition à des débits d’air importants peuvent entraîner des altérations biologiques, chimiques et mécaniques du produit. La méthode, les conditions et le temps de séchage sont donc des facteurs influençant directement la qualité des produits séchés et doivent donc être bien contrôlés.<p><p>Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons au séchage de tranches de mangues. L’ob- jectif principal est de contribuer au développement d’une nouvelle technologie de séchage, adaptée aux pays en voie de développement et fonctionnant entièrement à l’énergie solaire. Cette nouvelle technologie a pour but d’améliorer la qualité du séchage et la productivité des séchoirs.<p><p>D’après les techniques traditionnelles de séchage présentées dans la littérature, nous choi- sissons la structure générale qu’aura la nouvelle technologie de séchage :un capteur solaire couplé à une tour de séchage, alimentée en air par des ventilateurs placés à l’entrée du capteur solaire et reliés à un panneau photovoltaïque. Cette technologie fonctionne en mode indirect :les zones de chauffe de l’air et de séchage sont différentes. Les tranches de mangues à sécher sont placées sur des plateaux dans la tour de séchage et l’écoulement de l’air se fait perpen- diculairement à ces plateaux. Nous avons l’idée originale d’ajouter des éponges et un grillage métalliques afin d’augmenter les transferts de chaleur à l’intérieur du capteur solaire.<p><p>Un premier prototype de cette nouvelle technologie est dimensionné, sur base de l’expres- sion de bilans de matière et d’énergie. Un cahier des charges doit être rempli, notamment en termes de temps de séchage, de température de l’air sortant du capteur, d’humidité finale des mangues séchées et de masse de mangues fraîches à sécher.<p><p>D’après l’étude de ce prototype, imaginé et construit en collaboration avec la société Solvay, nous développons, pour la nouvelle technologie de séchage, un modèle du capteur solaire et un modèle de l’écoulement de l’air au sein de cette technologie. Le modèle du capteur solaire est utilisé pour déterminer le coefficient de transfert de chaleur par convection entre l’air au sein du capteur et ses parois. Nous montrons que ce coefficient est très élevé, à tel point qu’il est indissociable de celui qu’aurait un capteur idéal. Les performances du capteur solaire sont donc très bonnes. Nous montrons qu’elles sont particulièrement améliorées par l’ajout des éponges et du grillage métalliques dans le capteur. Le modèle de l’écoulement de l’air décrit le lien entre la puissance fournie à l’air et le débit d’air qui circule dans le séchoir. Nous l’utilisons pour déterminer le coefficient de perte de charges d’un plateau chargé de mangues.<p><p>A plus petite échelle, nous étudions la vitesse de séchage d’une tranche de mangue, au sein d’un petit séchoir disponible au laboratoire TIPs de l’ULB. Plusieurs expériences de séchage y sont réalisées dans des conditions bien contrôlées. D’après ces essais, nous développons un modèle mathématique original de la vitesse de séchage d’une tranche de mangue qui nous permet de prédire la vitesse de séchage de tranches de mangues dans des conditions opératoires données. Une très bonne correspondance est obtenue entre les simulations du modèle et les résultats expérimentaux. Il peut donc être utilisé pour prédire la vitesse de séchage de tranches de mangues pour une large gamme de conditions opératoires.<p><p>Ce modèle est couplé à des bilans de matière et d’énergie, relatifs à la tour de séchage. Nous obtenons dès lors un modèle de fonctionnement de la tour de séchage de la nouvelle technologie.<p><p>L’ensemble des modèles développés pour caractériser le fonctionnement du capteur solaire, l’écoulement de l’air dans la technologie de séchage et le fonctionnement de la tour de séchage sont alors combinés pour obtenir un modèle complet de fonctionnement de la nouvelle tech- nologie de séchage. Ce modèle est validé et le fonctionnement de cette nouvelle technologie est optimisé par l’ajout d’une phase de permutation des plateaux après la moitié du temps de séchage. Ce modèle complet de la technologie de séchage est alors utilisé pour dimensionner des séchoirs de terrain pour une période donnée de l’année, en un endroit donné.<p><p>Nous terminons ce travail de thèse en présentant une comparaison entre un séchoir de terrain de la nouvelle technologie et un séchoir Atesta, qui est la technologie traditionnelle de séchage de mangues la plus répandue en Afrique de l’Ouest. Nous concluons que la quantité d’eau évaporée par unité de temps est bien supérieure pour le séchoir de terrain que pour l’Atesta. Le coût de fonctionnement d’un séchoir de terrain est plus faible que celui d’un séchoir Atesta car le séchoir de terrain fonctionne entièrement à l’énergie solaire et non pas au gaz, comme c’est le cas pour le séchoir Atesta. La qualité des mangues séchées obtenues dans un séchoir de terrain est supérieure à celle obtenue dans un séchoir Atesta car il n’y a pas de contact avec les gaz brûlés et la convection de l’air y est forcée. Néanmoins, l’encombrement au sol des séchoirs de terrain reste un point négatif en comparaison avec le séchoir Atesta du fait de la grande taille du capteur solaire. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished