Les quantités d'humectants (glucose, sucrose ou autres sucres ou polyols), de composés chimiques tels que les agents antimicrobiens (benzoates, sorbates, vanilline, bisulfite de sodium), d'agents contre le brunissement (bisulfite de sodium, acide ascorbique), d'agents améliorant ou maintenant la fermeté (lactate de calcium, gluconate de calcium) et d'agents pour augmenter l'acidité (acide citrique, acide phosphorique) doivent être déterminées en fonction du poids des fruits et des concentrations finales requises pour la stabilisation du produit (Alzamora et al., 1989, 1995; Guerrero et al. 1994;Tapia de Daza et al., 1995, Welti-Chanes et al., 2000).
Pour réduire l'aw à la valeur désirée, on dissout une quantité suffisante d'humectant (c'est-à-dire de sucre) dans de l'eau (infusion humide)ou on l'ajoute aux fruits (infusion sèche). Pour calculer la quantité de sucre, on applique l'équation de Ross qui détermine l'aw de systèmes aqueux complexes (dans ce cas, le produit dérivé en conserve) avec divers composants lorsqu'ils sont en équilibre:
(équation 1)
Aw du produit dérivé = awº des fruits x awº
du sucre x………… awº du énième composant
L'activité de l'eau des fruits en conserve (aw du produit dérivé) est le produit des valeurs de l'activité de l'eau des solutions aqueuses de chacun des composant n (fruits, sucre, …, composant n) lorsqu'elle est mesurée à la même molalité que dans les fruits en conserve ou le système complexe (c.-à-d., que dans l'eau des fruits plus l'eau de la solution lorsqu'il s'agit de l'infusion humide, ou que dans la seuleeau des fruits lorsqu'il s'agit de l'infusion sèche).
L'aw° des fruits est approximativement égale à 1 et l'activité de l'eau des solutions aqueuses de sucres (awº du sucre), polyols et autres molécules organiques peut être calculée avec précision en appliquant l'équation de Norrish (Chirife et al., 1980):
(équation 2)
aw du sucre = xw x exp (- K xs2)
xs étant la fraction molaire du sucre ou du soluté organique, xw la fraction molaire de l'eau, et K est une constante. Les valeurs de K sont 6,47 pour le sucrose, 2,25 pour le glucose ou le fructose, 1,65 pour le sorbitol et 1,16 pour le glycérol. La relation entre l'activité de l'eau et la concentration des solutions aqueuses pour ces composés est également représentée dans la Figure 1.
Outre ces deux équations, on doit résoudre les équilibres des masses suivantes:
CAS 1 - INFUSION HUMIDE
| Equilibre de la masse de l'eau: | |||||
| (équation 3) | WT | = |
WF | + | WSO |
| total g eau | g eau dans les fruits frais | g eau dans la solution | |||
| (équation 4) |
WF |
= | MCF | x | MF |
| g eau dans les fruits frais | Taux d'humidité des fruits | masse des fruits | |||
| Equilibre de la masse du sucre par rapport à l'eau: | |||||
| (équation 5) | CE . WT | = | CF . WF | + | CS . WSO |
| total g sucre | g sucre dans les fruits | g sucre dans la solution | |||
Où CE = g sucre/g total eau; CS = g sucre/g eau dans la solution; CF = g sucre/g eau dans les fruits frais; CS . WSO = masse de sucre requise pour préparer la solution (= MS). CE est la concentration de la solution aqueuse de sucre requise pour obtenir l'aw nécessaire à l'équilibre des fruits en conserve (c.-à-d. l'aw du produit). On peut l'estimer en appliquant l'équation de Norrish (équation 2) ou à partir de la Figure 1.
On considère que CF est égal à zéro, étant donné que la quantité de sucre des fruits frais est négligeable (l'aw est environ de 1 pour les fruits frais)
Equilibre de la masse du sorbate de potassium:
(équation 6)
MKS = CKS .x (MF + MS + WSO)
où MKS = masse de sorbate de potassium à ajouter à
la solution (g)
CKS = g sorbate de potassium / masse totale g, requise dans le produit dérivé
Equilibre de la masse de bisulfite de sodium:
(équation 7)
MSB = CSB x (MF + MS + WSO)
où MSB = masse de bisulfite de sodium à ajouter à la solution
(g)
CSB = g de bisulfite de sodium / g masse totale, nécessaire au produit
dérivé
CAS 2 - INFUSION SÈCHE
| Equilibre de la masse d'eau: | |||||
| (équation 8) | WT |
= | WF | ||
| g total eau | g eau dans les fruits frais | ||||
| (équation 9) | WF |
= | MCF | x | MF |
| g eau dans les fruits | taux d'humidité des fruits |
masse des fruits frais | |||
| Equilibre de la masse de sucre par rapport à l'eau: | |||||
| (équation 10) | MS | = | CE | x | WF |
| g sucre à ajouter aux fruits |
g eau dans les fruits | ||||
Où CE = g sucre/g total eau = g sucre/g eau des fruits frais (l'eau
ne provenant que des fruits).
CE est la concentration de la solution de sucre nécessaire pour obtenir
l'aw requise pour les fruits en conserve après équilibre (à
savoir, de l'aw du produit dérivé). On peut la déterminer
en appliquant l'équation de Norrish (équation 2) ou à partir
de la Figure 1.
Equilibre de la masse du sorbate de potassium:
(équation 11)
MKS = CKS x (MF + MS)
Où MKS = masse de sorbate de potassium à ajouter à la
solution (g).
CKS = g sorbate de potassium/ g masse totale, requise par le produit dérivé.
Equilibre de la masse du bisulfite de sodium:
(équation 12)
MSB = CSB .x (MF + MS)
Où MSB = masse du bisulfite de sodium à ajouter à la solution
(g).
CSB = g bisulfite de sodium /g masse totale, requise dans le produit dérivé.
Ce calcul s'applique à la préparation des tranches de fruits
à taux d'humidité élevé comme à la préparation
de la purée de fruits.
Voici quelques exemples de calculs nécessaires à la préparation de PFTHE par infusion humide et sèche.
Exemple 1
Déterminer les quantités de glucose, de sorbate de potassium et
de bisulfite de sodium à ajouter à 1 kilogramme d'ananas frais
pour obtenir des tranches d'ananas à taux d'humidité élevé,
à longue conservation, par infusion sèche. Le taux d'humidité
de l'ananas est de 91%w/w. Les barrières à appliquer sont les
suivantes :
aw = 0,97
1000ppm sorbate de potassium
150ppm bisulfite de sodium
pH = 3.0
Solution:
Equilibre de la masse de l'eau (équation 9): WF = 0,91 g eau /g fruit
x 1000 g fruits = 910 g eau.
équation de Ross (équation 1): aw du produit dérivé
= 0,97 = awºfruits x awºglucose
awºfruits = 1d'où aw du produit dérivé = awºglucose
= 0,97
L'équation de Norrish (on peut utiliser l'équation 2 mais il est plus facile d'employer la Figure 1): de la courbe correspondant au glucose, il résulte que la concentration d'une solution de glucose pour obtenir une aw à 0,97 est de 24%w/w. Or 0,24 (g glucose/g glucose + g eau) correspond à 24/76 (g glucose/g eau) = 0,32 g glucose/g eau. Ainsi, CE = 0,32 g glucose/g eau
Masse de glucose (équation 10): MS = 0,32 g glucose/g eau x 910 g eau = 291g
Masse de sorbate de potassium (équation 11):
MKS = 0,001 g sorbate de potassium/g masse totale x (1000 g fruits + 291 g glucose)
= 1,3 g
Masse de bisulfite de sodium (équation 12):
MSB = 0,00015 g bisulfite de sodium /g masse totale x (1000 g fruits + 291 g
glucose) = 0,19 g
Exemple 2
Semblable à l'exemple 1, mais les tranches d'ananas à taux d'humidité
élevé sont préparées par infusion humide.
Solution:
Equilibre de la masse de l'eau (équation 4): WF = 0,91 g eau /g fruits
x 1000 g fruits = 910 g eau
Equation de Ross (équation 1): aw du produit dérivé = 0,97 = awº des fruits x awº du glucose awº des fruits = 1 d'où aw du produit dérivé = awº du glucose = 0,97
Equation de Norrish (on peut utiliser l'équation 2 mais il est plus
facile d'utiliser la Figure 1):
D'après la courbe correspondant au glucose, la concentration d'une solution
de glucose pour obtenir une aw de 0,97 est de 24%w/w. Or 0,24 (g glucose/g glucose
+ g eau)
correspond à 24/76 (g glucose/g eau) = 0,32 g glucose/g eau
Ainsi, CE = 0,32 g glucose/g eau.
D'après l'équation 5, la masse de l'eau dans la solution s'exprime
ainsi:
WSO = (CE / CS - CE) x WF (13)
Pour résoudre cette équation, il est nécessaire d'attribuer
une valeur à CS. Supposons que l'on prépare une solution de glucose
à 40%w/w (c.-à-d. 40/60 g glucose/g eau = 0,667 g glucose/g eau);
ce qui appliqué à l'équation 13 donnera:
WSO = (0,32 / 0,667 - 0,32) x 910 = 839 g eau
Ainsi, la masse de glucose nécessaire pour préparer la solution
(équation 5) est:
MS = 0,667 (g glucose/ g eau) x 839 g eau = 559 g glucose
Masse de sorbate de potassium (équation 6):
MKS = 0,001 g sorbate de potassium /g masse totale x (1000 g fruits + 559 g
glucose +
+ 839 g eau) = 2,4 g
Masse de bisulfite de sodium (équation 7):
MSB = 0,00015 g bisulfite de sodium /g masse totale x (1000 g fruits + 559 g
glucose +
+ 839 g eau) = 0,36 g
Figure 1: Activité de l'eau en fonction de la concentration des solutions de soluté courant utilisés dans la formulation des produits alimentaires à THE et THM
Sirop de maïs, 42DE
Sucrose
Sorbitol
Glucose glycérol
Chlorure de sodium
Figure 2 :Schéma de la production de fruits à taux d'humidité élevé dont la conservation est stable (infusion humide)
Fruit cru
Sélection, lavage, épluchage, coupe
Lavage et pesée
Blanchiment 1-5minutes dans de la vapeur saturée et refroidissement à l'eau du robinet
Adjonction de sirop de sucre et d'additifs (acide citrique ou phosphorique, sorbate de Trempage potassium, lactate de calcium, bisulfite de sodium, acide ascorbique, vanilline, etc.)
Equilibration
Laisser reposer pendant 5-10 jours en remuant doucement au moins deux fois par jour
aw = 0,93 - 0,98
pH = 3,0 - 4,1
Fruits à taux d'humidité élevée à conservation stable
Conditionnement Sirop restant (réutilisation)
Stockage
Figure 3 : Schéma de la production de fruits à taux d'humidité élevée (infusion sèche) et à taux d'humidité intermédiaire dont la conservation est stable
Fruit cru
Sélection, lavage, épluchage, coupe
Lavage et pesée
Blanchiment 1-3 minutes dans de la vapeur saturée et refroidissement à l'eau du robinet
Adjonction de glucose ou sucrose et d'additifs (acide citrique, sorbate de Mélange potassium, lactate de calcium, bisulfite de sodium, vanilline, acide ascorbique et/ou benzoate de sodium)
Equilibration Laisser reposer pendant 5-7 jours en remuant doucement au moins aw = 0,93 - 0,98 deux fois par jour
pH = 3,0 - 4,1
Séparation Fruits à taux d'humidité Jus sucré élevée à conservation stable Fruits Conditionnement
Séchage Stockage Conditionnement
Fruits à taux Stockage d'humidité intermédiaire
Conditionnement
Stockage
