Contribution au développement d'un procédé de stabilisation d'une boisson à base d'eau et de sirop d'érable par la technologie d'électro-activation en solution

Le développement de nouveaux moyens pour traiter les denrées et produits agroalimentaires par l'utilisation des techniques électrochimiques a déjà joué un rôle important dans nombres de procédés. Parmi ces techniques électrochimiques, l’électro-activation, constitue à ce jour une voie nouvelle pour le traitement et l’amélioration de la qualité de produits et de solutions aqueuses en industrie agroalimentaire. L’électro-activation est dite «reagentless technology», c’est-à-dire une technologie qui exclut l’utilisation d’agents chimiques, pour auto-générer les conditions particulières pour le traitement chimique d’une solution alimentaire. Ainsi l'objectif principal de cette étude était de développer une nouvelle approche technologique utilisant l’électro-activation comme méthode électrochimique pour la stabilisation physico-chimique de boissons issues de l’érable. Le but du travail était d'évaluer l’évolution des paramètres électrochimiques que sont le pH, le potentiel d’oxydo-réduction, la transmittance et le degré Brix ainsi que la consommation d'énergie, au cours de l'électro-activation du produit. Afin d'atteindre cet objectif des expériences ont été réalisées en utilisant trois configurations distinctes du réacteur d'électro-activation qui se différencient par la position relative de chacune de la membrane échangeuse de d’anions (MEA)et de la membrane échangeuse de cations (MEC) par rapport aux électrodes et de la nature de l’électrolyte contenu dans la cellule centrale du réacteur : la configuration #1 (Anode | Produit |MEA| Na2CO3 |MEC| NaCl | Cathode), la configuration #2 (Anode | Produit |MEC| Na2CO3 |MEA| NaCl | Cathode) et la configuration #3 (Anode | Produit |MEC|NaCl|MEA| NaCl | Cathode). Les résultats ont montré l’efficacité de l'électro-activation à diminuer le pH, à améliorer la valeur biologique du produit par l’augmentation du potentiel d’oxydo-réduction. A la température ambiante, le pH minimal atteint était de 3,89 pour un potentiel d’oxydoréduction maximal de 417,33 mV. A température ambiante, c’est dans la configuration #3, qu’il est observé les taux d’acidification les plus élevées du produit. La technique de l’électroactivation a permis d’obtenir un produit de pH minimal 3,78, pour un potentiel d’oxydoréduction de 329,67 mV, à la température 55°C, sous l’application d’un courant d’intensité 150 mA. La transmittance du produit a légèrement augmentée pendant l’électro-activation; par contre, elle n’a pas eu d’effet sur le degré Brix. Comme pour tout procédé industriel, l’étude a porté également sur la détermination des conditions idéales de l’électroactivation grâce à l’utilisation de la méthode d'optimisation, basée sur la méthode des surfaces de réponse du logiciel Minitab®, selon le cas d’analyse comparative, pour déterminer les meilleures combinaisons de facteurs, permettant d’obtenir une acidité, un potentiel d’oxydo-réduction élevée et une résistance électrique globale minimale du réacteur. L’optimisation relative à l’étude comparative des configurations #1, #2 et #3, sous l’application des courants d’intensité 50, 70 à 100 mA, à la température ambiante (T = 23°C), indique que l’électroactivation réalisée avec la configuration #3, pendant 77,5 min, sous l’application d’une intensité de courant de 100 mA, constituent les conditions qui optimisent le procédé : pH 4,8; P.O.R : 343,3mV; RG : 646,3 Ω. Pour l’étude comparative des configurations #1 et #3, sous l’application d’un courant d’intensité constant 150 mA, à des températures (T > Ta) les résultats indiquent une durée de traitement de 108 min, la configuration #3, la température 35 °C comme conditions opératoires, pour une réponse optimale : pH 4,2; P.O.R : 398,26 mV; RG : 530,6 Ω.En ce qui concerne l’étude portant sur la configuration #3, sous 150 mA, à des températures (T ≥ Ta), c’est la température 46,6 °C et un temps de traitement de 118 min, qui optimisent au mieux le procédé : pH 4,1; P.O.R : 343,2 mV, RG : 410,4 Ω.Developing new methods to treat food and food products by the use of electrochemical techniques has played an important role in number of industrial processes. Among these electrochemical techniques, electro-activation is currently a new technology to treat and improve the quality of products and aqueous solutions in the food industry. Electro-activation is called "reagentless technology", which means a technology without the use of chemicals to auto-generate the conditions for chemical treatment of a food solution. Thus the main objective of this study was to develop a new technological approach using electro-activation as an electrochemical method for physico-chemical stabilization drinks from maple. The purpose of the study was to assess electrochemical parameters such as pH, redox potential (O.R.P), the transmittance and the Brix degree and energy consumption during electro-activation of the product. To achieve this objective, experiments were conducted using three different configurations of the electro-activation reactor which differ each over by the position of the anions exchange membrane (AEM) and the cations exchange membrane (CEM) relative to the electrodes and the nature of the electrolyte (NaCl or Na2CO3) contained in the central cell of the reactor : configuration # 1 (Anode | Product | AEM | Na2CO3 | CEM | NaCl | Cathode), configuration #2 (Anode | Product | CEM | Na2CO3 | AEM | NaCl | Cathode) and configuration #3 (Anode | Product | CEM | NaCl | AEM | NaCl | Cathode). The results showed the effectiveness of electro-activation to reduce pH, to improve the biological value of the product by increasing redox potential. At room temperature, the minimum pH reached was 3.89 for a maximum redox potential of 417.33 mV; configuration # 3, showed the highest acidification rate. Electro-activation technique yielded minimum pH of 3.78, to a redox potential of 329.67 mV, at 55 °C under application of a current of 150 mA. Product’s transmittance increased slightly during electro-activation, but, no effect on the Brix degree was recorded. As with any industrial process, the study also focused on the determination of ideal electro-activation conditions by using an optimization method based on the response surface method (MSR) of Minitab ® software, according comparative analysis, to determine the best factors combination allowing to obtain highest product acidity and redox potential combined with a minimum overall electric resistance (RG) of the reactor. Optimization related to the comparative study of configurations #1, #2 and #3, under the application of currents of intensity 50, 70 to 100 mA, at room temperature (T = 23 ° C) indicates that electro-activation performed with the configuration #3 for 77.5 min under a current of 100 mA, are conditions that optimize the process: pH 4.8; O.R.P: 343.3 mV; RG : 646.3 Ω. For the comparative study of configurations # 1 and # 3, under the application of a constant current of 150 mA at temperatures (T > Ta) results indicate a treatment time of 108 min, configuration # 3, temperature 35 ° C as operating conditions for optimal response : pH 4.2, O.R.P : 398.26 mV, RG: 530.6 Ω. Regarding the study on setting configuration # 3, under 150 mA at temperatures (T ≥ Ta) the best conditions are temperature 46.6 ° C and a treatment time of 118 min, for an optimize response of : pH 4.1, O.R.P : 343.2 mV, RG : 410.4 Ω