Impact of aging of dehydrated plant-based biopolymers on their functionality - Procédés alimentaires et microbiologiques
Thèse Année : 2024

Impact of aging of dehydrated plant-based biopolymers on their functionality

Impact du vieillissement des biopolymères végétaux déshydratés sur leur fonctionnalité

Résumé

Citrus is the most important crop in global fruit production, with worldwide production of around 104 million tons in 2022. Most of the fruits produced are used for juice production, which results in a huge quantity of by-products corresponding to 50-60% of the original whole fruit weight. Biopolymers are the main constituents of these agro-industrial wastes and present many properties that make them interesting for applications such as sustainability, inexpensive, biodegradability, friendly to the environment, and recyclability. Citrus fiber (CF) powders, manufactured from pectin extraction of lemon juice industry by-products, are characterized by an ability to retain moisture and to stabilize emulsion, and could have many food applications in baked products, meats, dairy products, sauces, and dressings. The fibers are dried to facilitate distribution and commercialization as a food ingredient. The quality of the dehydrated powder is influenced by the processing and storage conditions. However, the mechanism of the storage induced modifications of the powders functional properties (especially rehydration properties) were not fully understood. This study aimed at investigating the mechanisms responsible for CF evolution upon storage. Samples were stored in different conditions of temperature and humidity for 12 months. Gelation, water holding capacity, and swelling capacity were used to evaluate the effect of storage on functional properties. In addition, powder surface composition, chemical properties, the moisture distribution in the matrix and the impact of humidity and temperature on the molecular mobility of citrus fibers were studied to understand the modification of physicochemical properties during storage. The results highlighted the properties related to moisture retention, emulsifying stability, and rehydration decreased with increasing aging time. The loss in functionality was accelerated at 40 °C and 75% RH compared to 25 °C and 30% RH. These modifications might be linked to more than one mechanism operating within the citrus fibers: reorganization and aggregation of molecules within the citrus fibers which seems to be appears to be affected by water and/or temperature, and crosslinking between molecules and cations within the citrus fibers showing independence from the tested temperature and humidity conditions.
Les agrumes sont la culture la plus importante dans la production mondiale de fruits, avec une production mondiale d'environ 104 millions de tonnes en 2022. La plupart des fruits produits sont utilisés pour la production de jus, ce qui entraîne une quantité énorme de sous-produits correspondant à 50 à 60% du poids initial du fruit entier. Les biopolymères sont les principaux constituants de ces déchets agro-industriels et présentent de nombreuses propriétés qui les rendent intéressants pour des applications telles que la durabilité, le faible coût, la biodégradabilité, l'écologie et la recyclabilité. Les poudres de fibres d'agrumes (CF), fabriquées à partir de l'extraction de pectine des sous-produits de l'industrie des jus de citron, se caractérisent par leur capacité à retenir l’eau et à stabiliser les émulsions, et pourraient avoir de nombreuses applications alimentaires dans les produits de boulangerie, les viandes, les produits laitiers, les sauces et les assaisonnements. Les fibres sont séchées pour faciliter leur distribution et commercialisation en tant qu'ingrédient alimentaire. La qualité de la poudre déshydratée est influencée par les conditions de traitement et de stockage. Cette étude visait à investiguer les mécanismes responsables de l’instabilité des CF observée pendant le stockage et dont l’origine est jusque-là mal comprise. Des échantillons ont été stockés dans différentes conditions de température et d'humidité pendant 12 mois. La gélification (suivie au travers du module de rigidité G’), la capacité de rétention d'eau et la capacité de gonflement lors de l’hydratation ont été utilisées pour évaluer l'effet du stockage sur les propriétés fonctionnelles. De plus, la composition de la surface de la poudre, les propriétés chimiques, la distribution de l'humidité dans la matrice et l'impact de l'humidité et de la température sur la mobilité moléculaire des fibres d'agrumes, ont été étudiées pour comprendre la modification des propriétés physico-chimiques pendant le stockage. Les résultats ont mis en évidence que les propriétés liées à la capacité de rétention d'eau, à la gélification et à la réhydratation diminuaient avec le temps de vieillissement. La perte de fonctionnalité a été accélérée à 40 °C et 75% HR par rapport à 25 °C et 30% HR. Ces modifications pourraient être liées à plus d'un mécanisme opérant au sein des fibres d’agrumes : la réorganisation et l'agrégation de molécules semblent être affectées par l'eau et/ou l'humidité, et la réticulation entre les molécules et les cations au sein des fibres d'agrumes montrant une indépendance par rapport aux conditions de température et d'humidité testées.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04842080 , version 1 (17-12-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04842080 , version 1

Citer

Gisella de Oliveira Coelho. Impact of aging of dehydrated plant-based biopolymers on their functionality. Agricultural sciences. Université Bourgogne Franche-Comté, 2024. English. ⟨NNT : 2024UBFCK046⟩. ⟨tel-04842080⟩
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