Effets du chauffage et de l'irradiation (post-irradiation) sur la saveur et la couleur du jus de pomme

Effets du chauffage et de l'irradiation (post-irradiation) sur la saveur et la couleur du jus de pomme Nguyen Hong Hoang et J. P. Julien . Departement des Vivres Faculte des Sciences de l'Agriculture et de l'Alimentation Universite Laval, Quebec

Resume Du jUs de pomme c1arifie et non c1arifie fut chaulfe pendant 8 secondes ades temperatures de 60, 70 et 80°C et irradie it des doses de 200, 350 et 500 Krads. Les tests organoleptiques ont demontre qu'un jus chaulfe it 700C et irradie it 350 Krads avait une excellente saveur apres 4 semaines it 300C. Les memes tests ainsi que la mesure de la couleur ont demontre que de meilleurs resultats sont obtenus par irradiation du jus clarifie.

Abstract Unclarified and clarified apple juices have been heated, for 8 seconds, at 60, 70 and 80°C and irradiated at doses of 200, 350 and 500 Krads. Organoleptic tests have shown that juice heated at 70°C and irradiated at 350 Krads had an excellent score after 4 weeks of storage at 30°C. The same tests and color measurement have indicated that better results are obtained by irradiation of clarified juice.

Introduction Au cours des dernieres annees, la preservation de certaines denrees alimentaires fut amelioree par irradiation (viande, pomme de terre, oignon). Dans Ie cas des jus de fruits, d'apres les etudes de Fetter, Stehlik et Kovacs (1969), il est impossible d'eviter une deterioration organoleptique en utilisant des doses d'irradiation suffisantes pour une conservation adequate. Cependant, les traitements combines du chauffage et de l'irradiation offrent une grande possibilite d'arriver a une conservation adequate des jus au point de vue microbiologique tout en ameliorant leurs qualites organoleptiques. Les etudes microbiologiques realisees par de nombreux auteurs: Kan et at., (1957), Kempe (1960), Levinson et.Hyatt (1960), Duggan et at., (1963) indiquent, qu'a certames doses, l'irradiation sensibilise les spores bacteriennes a.ux traitements thermiques subsequents et un traitement slmultane s'avere toujours efficace. Les recherches de Stehlik et Kaindl (1966), Zehnder et at., (1969) sur les spor,es de Saccharomyces cerevisia! ont demontre que la combinaison la plus efficace etait un traitement simultane et qu'un moindre effet est obtenu par ch~uffage apres l'irradiation a temperature ambiante. POisson et Cahagnier (1969) ont etudie l'action d'un prechauffage modere sur la sensibilite au rayonnement gamma des diverses especes de moisissures. Un pourcen~a~e de survie de 0.0005% des spores d'Aspergillus flavus a ete obtenu par chauffage a 60 C durant soixante minutes et une irradiation de 150 Krads. Les etudes similaires de Sommer (1967) sur cinq especes de fungi arriverent a la conclusion suivante: la sequence prHeree pour un effet synergetique depend de la pathogenicite, qui elle, varie avec chaque espece de microorganisme. Dans nos travaux, nous avons etudie les effets de combin~isons chauffage-irradiation sur la saveur et la couleur ~u JUs de pomme pour en arriver a determiner les condiho~s optimales pour conserver la qualite organoleptique du JUs frais. Can. Inst. Food Sci. TechnoL J. Vol. 8. No. I. 1975

Materiel et methodes A - Preparation des echantillons

1 - Preparation du jus: Ie jus est prepare a partir de pommes de la variete McIntosh, provenant des pommeraies de la region de Rouville, Quebec. Les pommes sont lavees dans un bain d'eau froide pour enlever les poussieres et les feuilles mortes; ensuite, elles sont desintegrees a l'aide de desintegrateur "Rietz" (Model RA-2-8, K 322, Rietz Manufacturing Co., Westchester, Pa.). Le jus frais est extrait par Ie pressurage de la pulpe dans une presse pneumatique "Wilmess" (Model 60/30 Willmess Bensheim, Essen, Allemagne). La pression appliquee sur la presse est graduellement augmentee durant les dix premieres minutes de 1 a 6kg/cm2 • Le jus extrait est filtre a travers du coton a fromage pour enlever des particules grossieres avant d'etre transfere directement dans les sacs en polyethylene d'une capacite de dix litres. Le jus est ensuite congele et conserve a une temperature de -35°C pour une periode n'excedant pas deux mois. Pour traitements subsequents, les sacs de jus congeIe sont immerges dans un courant d'eau a la temperature de 30-35 0e. Ceci permet une decongelation rapide, soit environ trente minutes. Le jus clarifie est prepare par traitement enzymatique: au jus frais, on ajoute environ 0.24 g/ litre de Pectinol R-IO (Rohm & Haas Co.); apres huit heures, Ie jus est filtre a l'aide de la terre a diatomees et du papier filtre Whatman No 1. 2 - Prechauffage: Ie jus est chauffe par circulation dans un tube en acier inoxydable, entourre d'une chemise de vapeur (Spiratherm). La temperature du chauffage est contr61ee par la pression de la vapeur, et Ie temps de retention du jus depend de la longueur du tube. 3 - Irradiation: la source de rayon gamma (""Co) est un "Gamma Cell 220" de l' "At9mic Energy of Canada Ltd." Le taux d'irradiation absorbe par l'eau au centre de la chambre d'irradiation etait de l.7krads/minute, au debut des travaux. Pour irradier et conserver Ie jus de pomme, on utilise des bouteilles en polypropylene de capacite de 500 m!. Le jus est chauffe a des temperatures differentes: 70 et 80°C durant huit secondes et refroidi a 20-25°e. Les jus chauffes sont cueillis directement dans les bouteilles sterilisees, bien remplies et scellees pour diminuer au maximum l'espace d'air libre. Ensuite, ces echantillons sont irradiees a trois doses differentes, soit 200, 350 et 500 krads. Les echantillons sont conserves dans une chambre a 30°e. Chaque semaine on preleve un nombre defini d'echantilIons pour observations. B - Tests organoteptiques

La degustation est du type comparaison multiple 12

(Larmond, 1969). Troi~ echan~illons de JUs t~ai~es a .U1~e meme temperature maiS a troIS doses d Irra.dlatI~n dlff:rentes sont compares au jus de reference, SOIt un JUs frals clarifie non chauffe non irradie et conserve par congelation a ~3s')C. Les degustateurs expriment le~.lf jugemen,t grace a l'echell~ hedonique par .d~s not~s va~la,nt de un a neuf: une qualIte beaucoup mfeneure a la reference correspond ant a 9, aucune difference. d,e la r~f~rence correspondant a 5. Les resultats sont traltes statIstIquement par analyse de variance. . . . Le nombre de degustateurs est d'envlfon vmgt cmq personnes choisies parmi Ie personnel et les etudiants des departements des Vivres et ~e Dietetiq.ue. ~es degust~~eurs sont choisis apres cinq essaiS de qualIficatIon en utthsant des melanges de deux jus commerciaux comme echantillons. C - Couleur

La couleur d'une couche de jus ayant une epaisseur d'un centimetre est determinee par la methode des ordonnees ponderees (McKinney et Little, 1962). Le spectr~ du jus de 350 a 650 .~m e,st ?btenu en utilisant la so~rce .d'illuminant A (Lumlere emise par la lampe tungstene mcandescente), avec un spectrophotometre Bausch & Lomb modele 600, muni d'un enregistreur V.0.M.-5. Les res~l­ tats seront calcules a partir des pourcentages de transmittance a intervalles de 10 nm; par la suite, its sont presentes en coefficients trichromatiques x, y et en pourcentage de luminance y. Avant de mesurer la couleur, tous les echantillons de jus doivent etre filtres a travers Ie papier filtre Whatman No 40 afin d'enlever les particules solides ou les substances en suspension qui, par l'effet Tyndall, peuvent fausser les resultats.

Resultats et discussion A - Saveur du JUs

. . . , Les resultats des tests de degustatIOn des JUs clanfies irradies, des jus non clarifies irradies, des jus clarifies chauffes irradies et entreposes sont presentes dans les Tableau 1-4. On remarque que Ie pH de tous les jus se trouve entre 3.4-3.5 Pour un jus clarifie et fraicheme~t irradie, la dose ?'irradiation maximale acceptable au pomt de vue sensonelle se trouve entre 350 et 500 krads; a partir de 500 krads un gout desagreable de I'irradiation est detecte facilement tel qu'indique par l'essai multiple de Duncan (Tableau I). Les tests de degustation sur les jus de pomme, nonclarifies et fraichement irradies nous indiquent que Ie Tableau I. Resultats des tests organoleptiques sur les jus de pomme clarifies irradies.

Inter echantillons Inter degustateurs Intraerreur Total Doses (Krads) Somme Moyenne

Degres de liberte 2 37 74 113

Somme des carres 18.54 193.83 166.12 378.49

200 180 4.74

350 193 5.08

Variance 9.27 5.24 2.24

Interechantillons Inter degustateurs Intra erreur Total Doses (Krads) Somme Moyenne

Degres de liberte 2 26 52 80 200 134 4.96

.

POIl1~

, ----..;

Somme Yanance NOIl1~ des carres de F~ 115.58 57.79 46.17' 61.21 2.35 1.18 65.09 1.25 241.88 350 174 6.44

500 213 7.89

Etendues significatives les plus restreintes: 0.81, 0.85. **Yaleur de F est significative au seuil de 1%.

gout d'irradiation est facilement detecte a une faible d~. d'irradiation, soit 200 krads indique par un resultat s~, tistique de la difference fortement positif au seuil de l. (Tableau 2). . Au cours de l'entreposage a 30°C, un certam nomb d'echantillons ont fermente, surtout les jus qui n'ont p ete chauffes et irradies suffisammeht. Seulement les j non fermentes sont soumis a la degustation. Leur quali comparee au jus frais naturel (jus fr~is .clarifie con~er~e p congelation a -35°C) n'est pas statlst~queme~t .dlff~rent, meme si les degustateurs ont remarque une dlmmutlOn I . gere de la saveur correspondant a une augment~tion d,e 0.1 a 2.4 unites hedoniques en moyenne pour les vmgt degllSj tateurs (Tableau 3). ! En considerant I'effet individuel de chaque parame: tre: temperature de prechauffage, dose d'irradiation ~ temps d'entreposage au point de vue sensoriel, on remar\ que que la temperature e~ su.rtout. Ie temps d'entreposagt inftuencent d'une fa~on slgmficatlve la s~veur du JUs ~1 pomme (Tableau 4). L'effet d: la temper~ture.?~ prel chautrage sur la qualite sensonelle du JUs I~radle a. un~ meme dose et entrepose durant la meme duree est miS e.~ evidence par une aug~e,nta.tion des v~le.urs !U0yennes he· doniques de 0.2-0.7 umtes (I.e.: une. d~mmutlOn de}a qual lite). L'inftuence des doses d'lffadlatlOn e,st relatIvem:nl non-significative entre 0 et 500 krads apres un~ s.emal~e d'entreposage. Les jus de pomme clarifies c~a~ffes .t:radle~ perdent au cours de }'e!1treposage leur gout Iffadle. Ceo est signale par une dimmutlOn de leurs valeurs moyennes organoleptiques. Quant a l'effet de la combinaison de ces trois parame· tres (prechauffage, irradiation et temps d'entreposage) SUI la qualite sensorielle des jus de pomme, on n'y remarqut Tableau 3: Valeurs moyennes organoleptiques ab apres divers~s 'peri~~~s d'entreposage des jus de pomme clanfies chauffes Iffadles. Temps d'entreposage (semaine Ii 30°C) (0C)

Irradiation (Krads)

70

350

Prechauffage'

500 200 500

80 500 217 5.71

Etendues significatives les plus restreintes: 0.69, 0.73. *Valeur de F est significative au seuil de 5%.

13

Nombre de Fisher 4.13* 2.33

Tableau 2: Resultats des tests organoleptiques sur les jus de non-clarifies irradies.

350 200

1

2

3

4

6.70 6.45 6.40 7.40 6.60 6.55

6.35 6.05 5.55 6.55 6.30 6.35

5.90 5.40 5.30 5.80 6.45 5.80

5.75 5.35 5.20 5.70 5.40 5.40

a: Nombre de degustateurs: 2 0 . . . . . b: Echelle hedonique des notes: I I.e. quahte supeneure 9 i.e. qualite inferieure c: Duree du prechauffage: 8 secondes J. lnst. Can. Sci. Technol. Aliment. Vol. 8. No. I. 1975

Ta

blea u 4: Resultats des analyses de variance pour les evaluations organoleptiques des jus de pomme clarifies et chauffesirradies.

-

r;tal Erreur Traitements A Temps' BTemperatures" . e Doses d',rradtatlOn" Ax B Axe Bx

Degres de liberte 479 456 23 3 I 2

e

Somme Variance Nombre des carres de Fisher 1,443.59 1,296.10 147.49 100.24 12.68 16.40 3.01 4.00 1.16

3.01 2.84 6.41 33.41 12.68 8.20 1.00 0.67 0.58 1.67

1.06 2.25** 11.36** 4.46* 2.89 0.35 0.23 0.20 0.90

AxBxC 10.00 a: Temps d'entreposage: 1,2, 3 et 4 semaines. b: Temperatures de prechauffage: 70 & 80°C pendant 8 secondes. c: Doses d'irradiation: 200,350 et 500 Krads. *: Valeur F est significative au seuil de 5%. **: Valeur F est significative au seuil de 1%.

pas un resultat statistiquement significatif; c'est-a-dire qu'il n'y aurait pas de synergisme entre ces trois parametres ou entre deux a la fois pour la production de saveurs anormales. La production de substances volatiles au cours de I'irradiation et du chauffage, surtout des composes carbonyle affecte grandement la qualite du jus. Dubois et al., (1966) ont trouve cinq aldehydes dans Ie jus de pomme irradie, mais trois seulement dans Ie jus concentre irradie. De plus, l'apparition de 2-butanone, de furane, et autres composes volatils inconnus a ete signalee. Des resultats analogues, excepte la presence de furane, ont ete obtenus par chauffage. Vne autre etude semblable de Gasco, Barrera, Cruz (1970) sur Ie jus de pomme Reineta indique la presence de I'isopentanal et la disp~rition de 2-hexanal dans Ie jus irradie. L'augmentation des concentrations en acetone, alcool methylique et propanoide est aussi remarquee; les autres composes carbonyle presents dans Ie jus ne subissent qu'un leger changement. L'origine de ces nouvelles substances, d'apres Dubois et al., (1966) resulterait de I'oxydation des alcools cotrespondants et surtout des composes non-volatils. Ceci nous amene aux etudes de Scherz (1970) sur la formation des composes deoxy et de malondialdehydes dans les solutions aqueuses d'hydrate de carbone irradies et de leurs compose~ derives. Dans Ie jus de pomme irradie dont Ie pH est aCIde, l'apparition, en trace, d'un grand nombre de composes deoxy provenant des sucres et des acides organiques est fort probable. Ces nouvelles substances jouent un role important dans la saveur du jus. Quant au fur~lOe, il est considere comme indicateur d'un traitement par irradiation, de la meme fa~on que la pre.sence d'hydroxymethylfurfural est indicateur d'un traitement par chauffage. Dubois et al., (1966) suggerent que la presence de furane est due a la radiolyse des pectin~s. ~'apres Ie test de degustation avec les jus non-clarifies, lffadies a des doses de 200, 350, 500 krads (Tableau 2): la presence des substances pectiques en suspension dimmue la qualite des jus. En effet, un gout irradie plus pronon~e est facilement detecte a 350 krads dans Ie jus nonclanfie et apres une semaine on detecte dans tous les jus ~on.-clarifies irradies une saveur desagreable qualifiee de bOIS pourri." Can. Inst. Food Sci. Technol. J. Vol. 8. No. I. 1975

Tableau 5: Changement de la couleur' et de la luminance de jus de pomme clarifiees chauffes" it diverses temperatures. x

Temperatures

y

Luminance

(0C)

60 70 80

(%)

0.50570.4519 0.5070 0.4531 0.5004 0.4514

75.06 75.22 78.06

a: La couleur est exprimee en coefficients trichromatiques x et y. b: Duree du chauffage: 8 secondes.

Ceci est un probleme qui merite consideration si I'on veut appliquer I'irradiation pour faciliter la filtration de jus de pomme et ainsi mettre au point un procede continu (Gagnon, Julien, Riel; 1968). II s'en suit done que I'irradiation diminue considerablement la viscosite de I'extrait de pommes, mais elle y ajoute, dans certaines conditions, en revanche un bon nombre des substances volatiles qui sont indesirables aux consommateurs. Si Ie furane est vraiment Ie produit de radiolyse des pectines, un bon jus traite par la combinaison de la chaleur et de l'irradiation pourra etre produit a partir d'un jus bien depectinise. B - Couleur du jus

V n des effets les plus importants de I'irradiation du jus de pomme est un changement de couleur. Apres l'extraction et meme apres la clarification enzymatique, Ie jus possede normalement une couleur fortement ambree. Le changement de couleur des jus chauffes, des jus clarifies irradies et des jus irradies clarifies sont rapportes aux Tableaux 5-7. On observe que seulement les jus chauffes conservent presqu'integralement leur couleur initiale sauf une augmentation legere du jaune dans Ie spectre (Tableau 5). Par contre, la couleur du jus change fortement sous l'action de I'irradiation (Tableau 6). Dans les deux cas des jus irradies clarifies et des jus clarifies irradies, la couleur devient brune et jaune avec une augmentation de la dose d'irradiation. Le changement observable pourrait etre decele a la dose de 100 krads, et il est tres prononce entre les doses de 100 a 300 krads. Au-dessus de 300 krads, la distinction entre les couleurs finales a differentes doses d'irradiation n'est pas perceptible a I'reil. Pour une meme dose d'irradiation, les jus clarifies irradies ont des couleurs legerement plus jaunes que ceux des Tableau 6: Changement de la couleur' et de la luminance de jus de pomme clarifies-irradies" et irradies-clarifies'. Doses (Krads)

x

y

Luminance (%)

0.5062 0.5046 0.4786 0.4730 0.4682 0.4655

0.4518 0.4389 0.4438 0.4376 0.4347 0.4341

75.39 77.57 87.42 87.69 88.70 89.77

Jus clarifies-irradies 0 100 200 300 400 500 Jus irradies-clarifies 100 200 300 400 500

0.5068 0.5000 0.4889 0.4749 0.4679

0.4528 0.4471 0.4438 0.4360 0.4331 a: La couleur est exprimee en coefficients trichromatiques x et b: Les jus sont clarifies et puis irradies. c: Les jus sont irradies et puis clarifies.

71.55 73.16 77.76 82.95 83.17 y.

14

Tableau 7: Changement de la couleur' et de la luminance de jus de pomme clarifies chauffes b irradies il differentes doses et entreposes il 30°C. Temps Doses d'entreposage d'irradiation x y Luminance (semaine) (Krads)

o o o 2 2 2 4

4 4

200 350 500 200 350 500 200 350 500

0.4678 0.4602 0.4576 0.4636 0.4600 0.4601 0.4674 0.4642 0.4613

0.4348 0.4286 0.4270 0.4309 0.4271 0.4272 0.4309 0.4284 0.4268

90.83 92.13 93.56 91.18 91.84 91.48 89.64 89.77 91.26

a: La couleur est exprimee en coefficients trichromatiques x et y. b: Duree dli prechauffage: 8 secondes.

jus irradies clarifies en aux comparant temoins. Ces deux types de jus ne dilferent que par la presence ou l'absence des substances pectiques durant l'irradiation. Donc on peut conclure que les substances pectiques en suspension dans les jus irradies clarifies diminuent l'elfet de l'irradiation sur Ie changement de la couleur, peut etre par une plus grande absorption de rayon ionisant. Durant l'entreposage, la couleur des jus clarifies chaulfes irradies a tendance a devenir plus jaune et p1us foncee. En elfet, en comparant l'absorption a la longueur d'onde dominante dans les spectres et les pourcentages de luminance, on voit que ceux-ci augmentent avec Ie temps (Tableau 7). La couleur du jus est due a la presence de carotene qui s'y trouve en tres petite quantite, mais surtout a celle des pigments formes par l'oxydation enzymatique des substances flavorioides comprenant des composes phenoliques et O-dihydroxyphenoliques. Le jus contient des catechines, des leuco-anthocyanines, des derives glycosidiques de quercetine, de l'acide chlorogenique, et des derives de coumarines. D'apres Joslyn et Ponting (1951), les enzymes polyphenol-oxydases et peroxydases les transforment, en presence d'air, en quinones et hydroxyquinones qui a leur tour se polymerisent par un processus inconnu, en melanines, substances responsables du brunissement. Jusqu'a present Ie mecanisme exact de la destruction de ces pigments sous l'action de l'irradiation reste inconnu. En elfet, Markakis et al., (1959) dans une etude quantitative de la destruction de l'anthocyanine dans Ie jus de fraises, sous l'elfet des rayons gamma, ont observe une perte de pigments de 63% a une dose de 0.465 megarads. Us expliquent Ie processus de destruction par la formation des radicaux libres derives de l'eau. Sarrazin et Vidal (1963) ont explique Ie changement de la cou1eur des aliments irradies par l'action radiochimique de l'irradiation sur les carotenoides des legumes. Les mecanismes plus detailles au niveau moleculaire ne sont pas encore connus. Dans Ie cas du jus de pomme, nous pensons que les faibles doses utilisees ne produisent pas une scission dans la structure des pigments, mais forment des ions, ou surtout des radicaux libres incolores. La decoloration peut etre irreversible s'il y a interaction avec les autres ions ou radicaux dans une solution aqueuse diluee. Dans une solution concentree ou une solution protectrice, la couleur pourrait se retablir apres un certain temps. Les etudes de Kiss et 15

Farcas (1970) sur l'elfet de l'irradiation du jus de pomme concentre ont demontre Ie retablissement de la couleur du. rant l'entreposage. Du point de vue commercial, Ie changement de la couleur du jus en jaune n'est pas un desavantage car la couleur finale apres l'irradiation ressemble a celle du jus original non-oxyde, qui est plus attrayante pour Ie con. sommateur.

Conclusion Au point de vue sensoriel, la combinaison chaulfage_ irradiation ainsi que l'irradiation seule, surtout en presence des .substances pectiques, sont responsables de la production des substances volatiles qui, selon la concentration pourraient alfecter Ie gout du jus de pomme. Mais ce mode de combinaison ne produit pas un elfet synergetique. Quant a la couleur, l'irradiation et sa combinaison donnent un jus de couleur jaune claire plus desirable a des doses de 100 a 350 krads. A une dose superieure a 350 krads, il n'y a pas de changement additionnel notable dans la couleur. Un jus de pomme commercial, de saveur se rapprochant de celle du jus frais, peut etre obtenu par un traitement de chaulfage-irradiation du jus clarifie a la temperature de 70°C durant 8 secondes et a la dose d'irradiation de 350 krads environ. .

Remerciements Ce travail de recherche a ete elfectue grace a l'apport financier du Conseil des Recherches et Services Agricoles du Ministere de l'Agriculture du Quebec.

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