Application of vacuum for the intensification of fruits and vegetables freezing
Application du vide pour l’intensification de la congélation des fruits et légumes
Résumé
The main goal of this thesis is to explore an innovative vacuum-based freezing technique for fruits and vegetables. For this purpose, a laboratory vacuum freezing system was constructed first, which has the advantages of fast vacuuming, flexible control, real-time temperature and pressure detection. Considering that the temperature reduction and even crystallization during vacuum freezing depend on the evaporation of water in the sample, the application of vacuum freezing was limited to a specific small temperature range to minimize unnecessary water loss. The small temperature range includes the freezing critical zone. The fast vacuuming contributes to passing through this freezing critical zone rapidly. The combined freezing protocol was set as vacuum freezing (VF) applied at 2 to -6 °C, followed by air freezing at -20 °C (AF-20) to complete the rest of the freezing process from -6 to -20 °C. From the texture, water loss, and microstructure analysis of carrot discs, the application of vacuum freezing was proven to improve the quality attributes of thawed carrot discs, and it was also applicable to relatively large size samples. The pulsed electric field (PEF) pretreatment was demonstrated to accelerate the continuous vacuum freezing, conventional air freezing (AF-20), and also the combined freezing (VF+AF-20). However, a significant tissue softening was found with the increase of the cell disintegration index Z. Overall, combined freezing (VF+AF-20) was better than AF because of less water loss and relatively less damage to the microstructure. The degree of the effect of PEF treatment on continuous vacuum freezing varied for different materials due to their componential and structural differences. In the comparison of thawed potatoes, apples, and carrots, we also found that AF-20 and VF+AF-20 were not suitable for apples with or without PEF pretreatment because of their larger porosity and thinner cell walls. The low water loss and high textural and microstructural preservation of potato and carrot discs demonstrated in combined freezing VF+AF-20 all evidenced that this freezing protocol can be applied to fruits and vegetables with low porosity and a rigid initial structure.
L’objectif principal de cette thèse est d’explorer une technique innovante de congélation sous vide des fruits et légumes. À cette fin, un système de congélation sous vide de laboratoire a d'abord été construit, qui présente les avantages d’une aspiration rapide, d’un contrôle flexible et d’une détection de la température et de la pression en temps réel. Considérant que la réduction de température et même la cristallisation pendant la congélation sous vide dépendent de l'évaporation de l'eau dans l'échantillon, l'application de la congélation sous vide a été limitée à une petite plage de température spécifique afin de minimiser les pertes d'eau inutiles. La petite plage de température comprend la zone critique de congélation. L'aspiration rapide contribue à traverser rapidement cette zone critique de congélation. Le protocole de congélation combiné a été défini comme une congélation sous vide (VF) appliquée entre 2 et -6 °C, suivie d'une congélation à l’air à -20 °C (AF-20) pour compléter le processus de congélation restant de -6 à -20 °C. D’après l’analyse de la texture, de la perte d’eau et de la microstructure des disques de carottes, il a été prouvé que l’application de la congélation sous vide améliorait les attributs de qualité des disques de carotte décongelés, et qu’elle était également applicable à des échantillons de taille relativement grande. Il a été démontré que le prétraitement par champ électrique pulsé (CEP) accélère la congélation sous vide continue, la congélation à l'air conventionnelle (AF-20) ainsi que la congélation combinée (VF+AF-20). Cependant, un ramollissement significatif des tissus a été constaté avec l'augmentation de l'indice de désintégration cellulaire Z. Dans l'ensemble, la congélation combinée (VF + AF-20) était meilleure que l'AF en raison de moins de perte d'eau et de relativement moins de dommages à la microstructure. Le degré d’effet du traitement CEP sur la congélation sous vide continue variait selon les matériaux en raison de leurs différences composantes et structurelles. En comparant les pommes de terre, les pommes et les carottes décongelées, nous avons également constaté que les AF-20 et VF+AF-20 ne convenaient pas aux pommes avec ou sans prétraitement CEP en raison de leur plus grande porosité et de leurs parois cellulaires plus fines. La faible perte d'eau et la préservation élevée de la texture et de la microstructure des disques de pomme de terre et de carotte démontrées dans la congélation combinée VF+AF-20 prouvent que ce protocole de congélation peut être appliqué aux fruits et légumes à faible porosité et à structure initiale rigide.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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