Modification du vide

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 7900 (2022) Citer cet article

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La décongélation à la vapeur sous vide est l'une des méthodes utilisées pour décongeler les aliments, réalisée dans l'atmosphère de vapeur d'eau dans des conditions de pression réduite. La vapeur d'eau formée sous vide à une température de 20 °C remplit la chambre de décongélation et se condense à la surface du produit décongelé. La vapeur condensée a le rôle d'énergie thermique véhiculée permettant la décongélation du produit. L'étude présente une modification de cette méthode, introduisant une étape supplémentaire de décongélation à la vapeur sous vide par sublimation-déshydratation (SRVST). L'étude a été réalisée pour différentes variantes du degré de sublimation initial (de l'ordre de 0 à 15%) d'une tranche de longe de porc (m. longissimus lumborum) évaluant l'effet final du processus de décongélation à la vapeur sous vide. La cinétique de décongélation a été déterminée avec la méthode SRVST, le degré de décongélation des échantillons et le niveau de leur réhydratation. Sur la base des résultats, il a été démontré que l'utilisation d'une déshydratation par sublimation à 12% d'un échantillon de viande permet sa décongélation complète (atteinte de la température ne dépassant pas la température cryoscopique).

Considérant que les aliments surgelés, en particulier la viande et le poisson, sont utilisés dans la transformation des aliments, l'opération de décongélation est nécessaire. Avec la congélation et le stockage, ce processus a un impact significatif sur la qualité des produits alimentaires. Il doit être réalisé dans des conditions garantissant la restauration la plus complète des caractères d'origine du produit. A cet effet, il convient de limiter l'échauffement de la surface du produit lors de sa décongélation et les égouttements de décongélation, causes d'importantes pertes de qualité et d'altérations physiques, biochimiques et microbiologiques du produit1,2,3,4,5,6. De nombreuses méthodes de décongélation sont disponibles7,8,9,10,11,12. Les méthodes les plus connues de décongélation des matières premières à base de viande sont les méthodes traditionnelles - décongélation à l'air et décongélation par immersion dans l'eau ou la saumure. Cette méthode de décongélation est assez longue (elle peut durer jusqu'à 3 jours), nécessite d'assurer une grande surface de stockage et constitue un danger microbien important en raison de la possibilité de contamination croisée13,14,15. Les chambres de dégivrage pour le dégivrage par contact ou vapeur-air sont une alternative à cette méthode. Au cours des dernières années, un intérêt continu a été exprimé dans l'étude sur la découverte de nouvelles technologies de dégivrage, telles que l'utilisation de micro-ondes à haute pression, d'ultrasons et d'infrarouges8,12,14,16,17. Des recherches sur la décongélation des diélectriques, des ondes radio et des champs électrostatiques à haute tension ont été menées5,9,18,19,20. Une série d'études concerne des modifications de méthodes connues, c'est-à-dire le vide-vapeur, la sublimation contact ou la sublimation-vide-décongélation à la vapeur10,11,17,21,22. Cette dernière méthode est couverte par la présente étude.

Suivant la méthodologie de la décongélation à la vapeur, l'énergie thermique est fournie au moyen de la condensation de la vapeur d'eau à la surface des produits alimentaires décongelés. Cette chaleur, nécessaire au changement de phase de la glace en eau dans une matière première congelée, est obtenue à partir du changement de phase de la vapeur en eau. La variante de décongélation à la vapeur consiste en l'application d'une dépression pour le processus, connue sous le nom de décongélation à la vapeur sous vide (VST). Le produit décongelé à l'aide de cette méthode est placé dans une chambre à vide, à partir de laquelle l'air est pompé. Un récipient ouvert contenant de l'eau est situé au fond de la chambre, ou la chambre est reliée à un réservoir externe. En raison de cette sous-pression (env. 2400 Pa), l'eau commence à bouillir à température ambiante (env. 20 °C). Afin de maintenir l'eau à l'état d'ébullition, il faut la chauffer. Cela se fait normalement par chauffage à la vapeur, parfois via un échangeur de chaleur à eau ou des radiateurs électriques. La chaleur de condensation est utilisée par le produit congelé, ce qui entraîne sa décongélation rapide (environ 120 g d'eau de condensation décongèle 2 kg de produit congelé)22,23. Un résultat favorable de cette méthode est le fait que la décongélation avec de la vapeur sous vide a lieu à la température de 20 °C. De cette manière, la surchauffe de la surface des produits alimentaires décongelés est évitée, ce qui se produit dans le cas d'une décongélation à pression normale avec de la vapeur à une température de 100 °C19,23,24,25,26,27. Dans les années 1970, des solutions industrielles de décongélation à la vapeur sous vide ont été réalisées. Cependant, cette technologie a été retirée en raison du phénomène négatif de perte de goutte importante. Les auteurs ont modifié cette méthode de décongélation sous vide-vapeur en introduisant une étape supplémentaire de déshydratation préalable du matériau. On a supposé que lors de la sublimation de la glace à partir de produits à structure cellulaire, la glace se sublimerait plus facilement depuis les canaux et l'espace intercellulaire que depuis l'intérieur des cellules. Ainsi, une structure poreuse interne est formée11,20,25,28,29. La modification a été nommée décongélation à la vapeur sous vide par sublimation-déshydratation (SRVST).

L'eau représente environ 75 % de la viande de porc maigre1,30. Les différentes opérations de transformation que sont le découpage, le chauffage, le broyage, le pressage et surtout la congélation-décongélation de la viande entraînent de nombreuses évolutions qualitatives défavorables qui dépendent du niveau de perte de poids. Dans des conditions optimales de congélation, de stockage et de décongélation de la viande de porc, les pertes de poids liées à l'égouttement à la décongélation atteignent 10 %, alors qu'en cas d'écart elles peuvent même atteindre 18 %31. Ceci est dû au temps de décongélation bref et à l'absence de réhydratation de la phase aqueuse décongelée. Le stockage de la viande à une température de − 20 °C entraîne la congélation des 80 % d'eau qu'elle contient19,24,32, puis 60 % de la viande congelée est de la glace (75 % de teneur en eau × 80 % d'eau congelée = 60 % de glace dans la viande). Selon l'éq. (1), la chaleur (Qt) nécessaire à la décongélation de la viande (m = 0,6 · mm) est le produit de la masse de viande (mm) et de la fraction massique de la quantité de glace qu'elle contenait (0,6) multipliée par la chaleur de la phase glace-eau changement (ct = 335 kJ/kg).

La chaleur apportée au produit par la vapeur de condensation, c'est-à-dire la chaleur du changement de phase vapeur-liquide est cp = 2260 kJ/kg. Ainsi, la quantité de vapeur (mp) nécessaire pour décongeler une certaine masse de viande a été déterminée par l'équation. (2):

Pour le contrôle, le poids de la vapeur nécessaire pour décongeler (mp) par rapport au poids de la viande (mm) est de :

Lorsque ces données sont prises en compte dans le bilan thermique, il est démontré que lorsque 9 % de la masse d'eau est sublimée à partir de la viande congelée et que la formation de vapeur d'eau est introduite à sa place (la structure poreuse), le matériau sera entièrement décongelé.

Sur la base des circonstances ci-dessus, une hypothèse a été formulée indiquant que si environ 9% de la glace est sublimée à partir de viande congelée, alors après l'introduction de vapeur dans la structure poreuse ainsi créée de la viande, elle sera décongelée dans tout son volume avec le contournement de pénétration de la chaleur de la surface. Lors du dégivrage à la vapeur sous vide, la vapeur se condense à la surface du matériau décongelé et la chaleur pénètre dans le matériau selon le principe de conductivité. Cependant, l'application de la déshydratation par sublimation au stade initial du dégivrage à la vapeur sous vide entraînera la pénétration (absorption) de la vapeur d'eau dans la structure poreuse du matériau décongelé (au stade de la cuisson à la vapeur dans la chambre) et sa condensation dans le matériau. La vapeur de condensation transfère la chaleur du changement de phase de condensation, ce qui entraîne une décongélation uniforme du matériau dans tout son volume, limitant ainsi le dégivrage de surface et la perte d'égouttement de dégivrage.

Le but de l'étude était de démontrer la possibilité d'appliquer la sublimation comme étape préliminaire de la décongélation des tissus de viande avec la méthode de la vapeur sous vide et de déterminer l'effet de la sublimation de l'eau sur le niveau de décongélation d'une portion de viande. Sur la base de l'hypothèse émise, l'application de la sublimation entraînerait la formation d'une structure poreuse du matériau décongelé, ce qui permettrait l'absorption de vapeur et raccourcirait ainsi le processus de dégivrage. Sur la base de la recherche, l'influence du degré de sublimation de l'eau sur le niveau de décongélation de l'échantillon de viande et le degré de réhydratation ont été déterminés ainsi que les caractères de ces interactions. L'objectif intermédiaire du travail était de réduire le temps de décongélation de l'échantillon de viande tout en maintenant la qualité de la matière première, déterminée par le niveau de récupération de poids initial - niveau de réhydratation (Sr).

Le matériel de recherche est constitué du muscle longissimus dorsi d'un porc d'engraissement mâle de race polonaise Landrace (type viande) d'un poids de 100 kg, prélevé dans la partie lombaire (m. longissimus lumborum). La carcasse a été entreposée dans une chambre froide pendant deux jours après l'abattage. L'échantillon de viande a été préparé en coupant transversalement les fibres musculaires à une épaisseur d'env. 20 mm et poids 100 g ± 5 g (longueur env. 70 mm, largeur env. 30 mm). De cette manière, 21 échantillons de viande ont été préparés (3 répétitions pour chaque variante de sublimation). Les échantillons avec la pointe du thermocouple insérée à l'intérieur6 ont été congelés par convection à une température de − 30 °C et ont été stockés à cette température pendant une période de 2 semaines. Après ce temps, les échantillons ont été décongelés en utilisant une décongélation à la vapeur sous vide par sublimation-déshydratation.

La chambre à vide était constituée d'une enceinte cylindrique (1) recouverte d'une plaque de verre (2) permettant l'observation du processus, reliée à une pompe à vide (3). L'étuvage de la chambre était réalisé à l'aide de la vapeur obtenue à partir d'un réservoir d'eau chauffée (4) relié à la chambre (1) via un conduit avec vanne. L'échantillon de viande congelée (5) a été placé dans une chambre à vide sous un capteur de poids (7). Les signaux de mesure du thermocouple (6) (thermocouple de type K, épaisseur de tige 0,2 mm, erreur de mesure ± 1 °C) et du capteur de poids (7) (module de balance de type IL 0,2, par Mensor, classe de précision III, échelle de vérification e = 0,01 g) collectée par une carte analogique-numérique (8) transférée vers un ordinateur et traitée à l'aide du logiciel MatLAB. Les valeurs mesurées (3 répétitions pour chaque variante) ont été archivées dans la mémoire de l'ordinateur. Pendant la sublimation, deux lampes IR (9) de 2 × 5 W ont été allumées, fournissant de la chaleur au matériau sublimé (5).

Une vue du système expérimental et un diagramme avec des éléments de mesure significatifs pour le contenu du présent article sont présentés sur les figures 1a, b.

Banc d'essai de décongélation à la vapeur sous vide par sublimation : (a) Disposition de l'équipement ; (b) Schéma du dispositif expérimental : 1 récipient à chambre à vide, 2 couvercle en verre, 3 pompe à vide, 4 réservoir d'eau avec réchauffeur, 5 échantillon de viande, 6 fil thermocouple de type K (NiCr-NiAl) , 7 - module de poids de type IL 0,2 fabriqué par Mensor, 8 - plaque de type PCLD-8710 reliée à un compensateur de température de type PCLD-8710 et une carte de mesure de type PCI-1710, 9 - radiateurs infrarouges.

Un échantillon de viande congelée avec thermocouple a été suspendu sur le capteur de mesure de poids. Le thermocouple et le capteur de poids ont été reliés à la chaîne de mesure puis la chambre a été fermée avec le couvercle. Le processus de décongélation à la vapeur sous vide a été précédé de l'étape préliminaire de déshydratation de la viande. À cette fin, la pompe à vide a été démarrée avec la vanne du réservoir d'eau fermée. Une fois le vide au niveau de 50 Pa obtenu, les lampes IR ont été allumées et le processus de sublimation a été mené jusqu'à ce que le niveau de déshydratation supposé soit obtenu (Ss [%] = 0 ; 2 ; 5 ; 8 ; 10 ; 12 ; 15). Dans le même temps, la perte de poids de l'échantillon due à sa déshydratation par sublimation a été surveillée. Après avoir obtenu le poids d'échantillon approprié, les lampes IR ont été éteintes, la vanne d'aspiration de la pompe à vide a été fermée et la vanne du réservoir d'eau a été ouverte, ce qui a entraîné une formation de vapeur dans la chambre. À la suite du chauffage du réservoir d'eau, la température dans la chambre pendant sa cuisson à la vapeur a été maintenue au niveau de 20 à 30 ° C. Au cours de cette période, l'absorption de vapeur d'eau par le matériau sublimé (poreux) et son dégivrage se sont produits. L'étuvage était terminé (en fermant l'arrivée de vapeur) au moment de l'observation de la vapeur sur la viande décongelée (apparition de gouttelettes d'eau en surface), tout en déterminant le temps d'absorption de la vapeur par l'échantillon décongelé. Par la suite, la chambre a été décomprimée et l'échantillon obtenu a été évalué pour son niveau de dégivrage.

Le niveau de déshydratation par sublimation (Ss) a été déterminé à l'aide de l'équation. (3), car la relation entre le poids de la glace sublimée (mi) et le poids de l'échantillon initial (mo), et le poids de la glace sublimée résulte de la différence entre le poids de l'échantillon initial et après l'étape de déshydratation (ms) :

Le niveau de dégivrage (St) a été déterminé en identifiant le champ dégivré (température supérieure à 0 °C), le champ non dégivré (température inférieure à 0 °C) et la température à l'intérieur de l'échantillon (lecture du thermocouple). À cette fin, l'échantillon décongelé a été coupé au centre, obtenant deux échantillons de mesure d'une épaisseur d'env. 10 millimètres. La mesure de l'aire de la surface dégivrée et non dégivrée a été effectuée à l'aide de deux méthodes. À l'aide d'une caméra thermovision (FLIR typ 559384, producteur FLIR System Inc. Wilsonville), déterminer la répartition de la température sur la section transversale de l'échantillon après le processus de décongélation, et sur la base de l'évaluation de la dureté de l'échantillon, séparer les limites de la zone gelée de la zone décongelée. Le deuxième test a été effectué en perforant l'échantillon de viande avec une aiguille, en séparant les champs durs - congelés - des champs mous - décongelés. Ensuite, une série de photos numériques des échantillons préparés ont été prises, qui ont été soumises à une analyse d'image dans l'environnement MatLAB. L'analyse a nécessité une identification supplémentaire des limites du champ marqué (le contour a été fait en joignant les sites de ponction). L'algorithme MatLAB, à la base des arêtes désignées, permet de déterminer la taille de la surface en tenant compte de sa forme irrégulière. Ces valeurs ont été utilisées pour calculer la zone gelée. Les résultats de mesure ont été utilisés pour calculer le degré de dégivrage St selon l'Eq. (4).

L'équation ci-dessus prend en compte le champ dégivré (Ft) par rapport à la surface totale de la section transversale (Fc) et le niveau d'incrément de température (ΔT) par rapport à la plage observée de température cryoscopique (ΔTcr) par rapport au champ gelé ( Ff). Une description plus détaillée de l'identification de ΔT et ΔTcr est présentée dans la discussion des résultats concernant la cinétique de décongélation (Fig. 4).

La qualité de l'échantillon après décongélation a été évaluée à l'aide de l'indicateur caractérisant le niveau de récupération de poids initial - niveau de réhydratation (Sr), déterminé à l'aide de l'équation no. 5, en tant que relation du poids après l'achèvement du processus de décongélation (après réhydratation) (me), par rapport au poids initial de l'échantillon (mo).

L'incertitude de mesure Δ pour les valeurs : le niveau de déshydratation par sublimation (Ss), le niveau de dégivrage (St) et le niveau de réhydratation (Sr) étaient basés sur la théorie de l'estimation par intervalle avec l'utilisation du test t de Student pour l'intervalle de confiance α = 0,05, selon équation n° 6.

L'étude a été menée en trois répétitions pour chaque variante de déshydratation par sublimation Ss. Les résultats obtenus de la mesure de masse ont été moyennés et répertoriés sur des graphiques sous forme de relations entre le niveau de décongélation (St) et le niveau de réhydratation (Sr) sur le niveau de sublimation (Ss). Pour les résultats obtenus, les écarts-types de dispersion ont été déterminés par rapport aux valeurs moyennes obtenues. Un test post hoc HSD Tukey a été utilisé pour vérifier la signification de l'influence de la déshydratation par sublimation sur le niveau de décongélation et le poids de l'échantillon après décongélation. Des analyses statistiques complémentaires ont été menées pour déterminer la nature du niveau de déshydratation au niveau de décongélation St = f(Ss) et le poids de l'échantillon après décongélation Sr = f(Ss) en déterminant les fonctions de régression à cet effet. Chaque test statistique a été réalisé dans le programme Statistica 13.1.

Un exemple des changements enregistrés du poids de l'échantillon au cours de leur sublimation pour des niveaux de déshydratation individuels est présenté à la Fig. 2. L'évolution des courbes doit être interprétée de la manière suivante. La perte de poids linéaire observée correspond au stade de déshydratation préliminaire de l'échantillon de viande au niveau supposé dans le plan expérimental. D'autre part, l'augmentation rapide de la croissance correspond au stade d'étuvage de la chambre.

La masse de l'échantillon change pendant la sublimation pour différents degrés de déshydratation par sublimation Ss.

Pour chaque variante de niveau de déshydratation supposé, le poids final de l'échantillon de viande a été déterminé, qui constitue le critère de réalisation de l'étape de sublimation. Pour la déshydratation de Ss = 8 % ; 10 % et 12 % une perte de poids répétée mineure a été observée. Cela peut être causé par un volume trop faible de la couche poreuse créée lors de la sublimation. La condensation de la vapeur d'eau et la perte d'égouttement générée lors de la décongélation ne sont pas entièrement absorbées par le tissu déshydraté et, au fur et à mesure que le processus de décongélation progresse, elles s'échappent vers l'extérieur de l'échantillon, entraînant une perte de poids.

La figure 3 présente un exemple graphique de la cinétique de changement de température d'un échantillon de viande en son centre géométrique pour différentes variantes de niveau de sublimation Ss dans le temps.

La température Tc change au centre de l'échantillon pendant la décongélation de la méthode SRVST pour différents degrés de déshydratation par sublimation Ss.

A l'étape de sublimation, la température Tc pour chacun des variants analysés a été maintenue entre - 28 et - 22 °C. Le moment de diminution de la température lors de la première étape de sublimation provient de la congélation répétée des échantillons. Après cette étape, la température de chacune des variantes de déshydratation analysées variait entre − 28 et − 26 °C. L'énergie thermique nécessaire pour effectuer la sublimation a été fournie à l'aide de lampes IR, qui après la période d'env. 1000 s ont entraîné une légère augmentation de la température de l'échantillon décongelé, suivie de sa stabilisation au niveau d'env. Te = − 23 °C. Ceci est particulièrement visible pour les variantes de déshydratation SS = 5–15 %.

La figure 4 présente la cinétique des changements de température de l'échantillon de viande décongelée au stade de la cuisson à la vapeur de la chambre à vide (phase de montée en température développée à partir de la figure 3). Le symbole ΔT a été utilisé pour déterminer la plage de changement de phase se produisant dans la viande lors de sa décongélation pour les variantes de sublimation individuelles, tandis que le ΔTcr a déterminé la plage de températures supposées cryoscopiques (de - 5 à 0 ° C). Le graphique présente le résultat pour les variantes de déshydratation SS = 8 ; dix; 12 et 15 %, car pour les variantes restantes (0 ; 2 et 5 %), les valeurs de température obtenues ne se situaient pas dans la plage cryoscopique supposée. La durée de l'étape de cuisson à la vapeur était différente pour chaque variante de déshydratation par sublimation analysée, qui est visualisée avec l'évolution de la courbe de mesure. La fin de la ligne détermine le moment du début de l'égouttement de l'eau à partir de la surface de l'échantillon. Les courbes de changement de température présentées montrent que pour le niveau de déshydratation de SS = 12%, l'échantillon était complètement décongelé au moment de l'apparition du goutte à goutte. Il suppose une température interne d'env. − 1 °C. Pour les niveaux de déshydratation inférieurs (8 et 10%), reste congelé à l'intérieur, avec des températures inférieures à -4 °C. À son tour, pour SS = 15 %, l'échantillon décongèle avant que la réhydratation complète de la structure déshydratée ne se produise et au moment final du processus, la température atteint des valeurs positives, Tc = 5 °C. La cinétique présentée indique également la vitesse de décongélation. Le temps pendant lequel la viande en son centre géométrique atteint la température de 0 °C est d'autant plus court que le niveau de sublimation des cristaux de glace est élevé.

Combinaison comparative des changements de température Tc au centre d'un échantillon au stade de dépôt de vapeur d'eau, pour 8 %, 10 %, 12 % et 15 % de déshydratation par sublimation : ΔT la plage de changement de phase se produisant dans la viande pendant sa décongélation pour un individu variantes de sublimation ; ΔTcr la gamme de températures supposées cryoscopiques (de − 5 à 0 °C).

La figure 5 présente des exemples de photos issues des mesures des surfaces décongelées et non décongelées de l'échantillon analysé sur sa coupe - en utilisant la méthode d'imagerie thermique 5a et la méthode de ponction 5b.

Coupe d'un échantillon décongelé : (a) image du champ de température de la caméra thermique (Type 559384, FLIR Systems. Inc., Wilsonville), (b) limite de la zone gelée - identifiée par perforation avec des épingles : Ff - gelé surface, Ft—surface décongelée.

Le résultat des mesures a été la détermination de la taille de la surface décongelée (Ft) par rapport à la surface totale de la section transversale (Fc) et la taille de la surface gelée (Ff). La méthode de thermovision s'est avérée insuffisante et a introduit une erreur de mesure résultant de la variabilité rapide de la température de la surface de l'échantillon lors de l'observation. Ainsi, d'autres résultats d'analyse ont été obtenus sur la base des résultats de la méthode de ponction, qui se sont avérés plus clairs.

La figure 6 présente les résultats des mesures et des calculs du niveau de décongélation (St) et du niveau de récupération de poids primaire - niveau de réhydratation (Sr) pour toutes les variantes de déshydratation testées.

Dépendance du degré de décongélation St et du degré de réhydratation Sr pour différents degrés de déshydratation par sublimation Ss.

Il a été observé qu'avec l'augmentation de la déshydratation par sublimation, le niveau de décongélation de l'échantillon augmente. Cette relation (dans la plage de variables testée) peut être expliquée par une fonction exponentielle. Les résultats obtenus indiquent en outre qu'avec l'augmentation du niveau de déshydratation par sublimation, le niveau de réhydratation est réduit de manière linéaire. Dans le cas de Ss = 15% déshydratation env. On observe une perte de poids du produit de 8 %. Cependant, il convient de souligner que cette valeur, selon la littérature, se situe dans la plage normale pour le processus de congélation et de décongélation31.

Pour les variantes supposées (à l'exception de l'échantillon 0% zéro) une étape de sublimation caractérisée par une diminution de poids des échantillons testés est visible. Au moment où la chambre est étuvée, la vapeur d'eau se diffuse à l'intérieur du système et cède de la chaleur. En conséquence, le poids de l'échantillon augmente - une réhydratation se produit. Au moment où une condensation de vapeur a été observée à la surface du matériau (un égouttement s'est produit et le poids de l'échantillon a commencé à diminuer), l'étape d'étuvage a été interrompue. Les changements de température dans les centres d'échantillonnage pour ces deux étapes de dégivrage sont présentés dans les Fig. 3 et 4. La cuisson à la vapeur de la chambre a entraîné le dégivrage de l'échantillon en raison du transfert de chaleur par la vapeur de condensation sur la surface, mais principalement à l'intérieur de la structure poreuse du matériau décongelé. La vapeur condensée remplit les espaces libres de la structure poreuse de l'échantillon de viande déshydratée, puis se condense à l'intérieur, cédant la chaleur latente et entraînant sa décongélation. Suite à la réhydratation de la structure poreuse déshydratée, qui se produit à une vitesse plus rapide que le dégivrage complet de l'échantillon, le processus de dégivrage se produit au moyen de la conductivité. Les résultats de l'étude sont conformes aux rapports d'autres auteurs et indiquent que grâce au processus de sublimation sous vide - décongélation par réhydratation, le taux de décongélation est également largement amélioré par rapport à la méthode traditionnelle de décongélation à la vapeur sous vide (zéro échantillon Ss = 0%)11. Ceci est causé par la chaleur latente dégagée par la condensation de la vapeur dans l'échantillon de viande. De plus, il a été observé que l'efficacité de ce procédé dépend également du degré de sublimation des cristaux de glace dans le produit congelé. Le degré de sublimation affecte le nombre de canaux (espaces) formés dans le matériau nécessaire à la migration des particules d'eau au stade de la vapeur. Plus le nombre de canaux (pores) est grand, plus faible sera la résistance de l'échange de poids de chaleur et de vapeur migrant de l'extérieur vers l'intérieur du matériau. Ainsi, non seulement la vitesse de décongélation sera augmentée, mais également le temps de réhydratation sera allongé (exemple variante Ss = 15%) et les pertes de poids seront réduites. Ainsi, cela confirme l'hypothèse faite sur la possibilité d'une décongélation à la vapeur sous vide de la viande en utilisant la phase préliminaire de déshydratation par sublimation.

L'analyse du bilan thermique de la décongélation vide-vapeur de la viande montre qu'il suffit de sublimer la masse de glace de l'échantillon, constituant 9% de sa masse, pour, en reconstituant cette perte avec de la vapeur d'eau diffusante, décongeler complètement la glace restant dans la viande21,22. Les résultats de l'étude expérimentale obtenus ont généralement confirmé cette hypothèse, car SS = 12 % de déshydratation a permis d'obtenir une décongélation de la viande au niveau de 96 ± 0,5 %. La principale cause de la différence obtenue (au niveau de 3%) peut être la création d'une structure poreuse hétérogène dans tout le volume de l'échantillon de viande décongelée à l'étape de sublimation. Pour la variante de sublimation ci-dessus, le niveau de réhydratation avait une valeur similaire de 96 ± 2 %. Dans la viande décongelée (variante Ss = 12 %), aucune perte de décongélation ou décoloration supplémentaire n'a pu être observée, la viande était légèrement humide en surface, ne présentait pas de goutte et était caractérisée par une élasticité naturelle. Un niveau de déshydratation inférieur (SS < 12 %) n'a pas entraîné une décongélation complète de l'échantillon de viande. La quantité de glace sublimée dans cette variante était insuffisante pour créer la quantité appropriée de canaux et d'espaces, ce qui a entraîné une réduction du volume de vapeur pénétrant dans le produit congelé ainsi qu'une émission de chaleur de condensation. Cependant, la déshydratation au niveau de SS = 15% s'est avérée trop élevée. Le nombre de canaux (pores) produits pour cette variante de déshydratation a provoqué la diffusion d'un grand volume de vapeur d'eau dans l'échantillon décongelé, et donc un processus de décongélation rapide de l'intérieur et une surchauffe du matériau. Pour cet échantillon, le moment où l'eau commence à s'égoutter de la surface de l'échantillon (critère observable pour la fin du processus de décongélation) correspond à la température dépassant 0 °C (la température atteint même 5 °C), donc nettement supérieure à nécessaire.

L'étude présente une modification de la méthode de décongélation à la vapeur sous vide pour la viande au moyen de l'introduction d'une étape supplémentaire de déshydratation par sublimation avant la cuisson à la vapeur de la chambre à vide (décongélation à la vapeur sous vide par sublimation-réhydratation SRVST). Le sujet de test sélectionné était le muscle le plus long d'un dos de porc d'engraissement, de la partie lombaire (m. longissimus lumborum), qui a été broyé en coupant les fibres musculaires en travers et en obtenant ainsi des éléments de cuisson d'une épaisseur d'environ 20 mm et d'un poids de 100 g ± 5 g. Le matériau a été congelé à une température - 30 ° C et après deux semaines, il a été décongelé en utilisant la méthode de décongélation SRVST suggérée. La méthode a été vérifiée expérimentalement et sur la base des résultats de l'étude obtenus, les conclusions suivantes ont été tirées.

En ce qui concerne le procédé connu de dégivrage à la vapeur sous vide, dans lequel la chaleur nécessaire au dégivrage provient uniquement de la condensation de la vapeur d'eau à la surface du matériau, puis le dégivrage se produit par suite de sa conduction dans le matériau, le procédé s'est élargi avec l'étape de déshydratation par sublimation préalable est préférable. Le dégivrage par cette méthode a lieu uniformément dans tout le volume du matériau (pas à partir de la surface) et à un rythme plus élevé. Le phénomène défavorable de perte d'égouttement de dégivrage n'est pas observé lors de la décongélation avec cette méthode.

Un niveau optimal de déshydratation par sublimation existe, permettant la décongélation. Si le degré de déshydratation est trop faible, la quantité de canalisation (pores) dans le matériau est trop faible pour la migration des molécules d'eau, ce qui entraîne une réduction du volume de vapeur d'eau diffusible et donc moins de chaleur de condensation dégagée. Dans un tel cas, la vitesse de décongélation diminue. Cependant, si le degré de déshydratation est trop élevé, il existe un risque de surchauffe de l'échantillon en raison d'une élévation incontrôlée de la température à l'intérieur du matériau décongelé.

L'analyse de régression menée a permis de déterminer la relation des effets du niveau de déshydratation sur le niveau de décongélation St = f(Ss) et le poids de l'échantillon après décongélation Sr = f(Ss). Les relations développées (linéaires et exponentielles) cadrent bien avec les données empiriques. Les valeurs des indices de détermination pour les équations déterminées sont élevées (R2 = 0,97 − 0,99), ce qui permet de voir les équations comme une description mathématique de ces relations. D'autres analyses dans ce domaine pourraient être basées sur l'utilisation des équations développées pour modéliser le processus (par exemple la modélisation numérique).

D'autres recherches sur le développement de cette méthode de dégivrage sont valables, en tenant compte, entre autres, des paramètres de processus, c'est-à-dire la pression dans la chambre, le volume de vapeur d'eau ou le contrôle du processus. L'application de cette méthode de décongélation doit également être testée sur d'autres produits, c'est-à-dire des fruits et légumes ou des blocs de poisson, en tenant compte de leurs dimensions. Il est également nécessaire de mener des recherches supplémentaires pour déterminer les paramètres du procédé dans des conditions commerciales.

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Adam Kopeć, Sylwia Mierzejewska, Aldona Bać, Jaroslaw Diakun & Joanna Piepiórka-Stepuk

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JD et SM ont rédigé le texte principal du manuscrit, l'analyse ou l'interprétation des données AK et JP Stepuk ont préparé toutes les figures, l'analyse ou l'interprétation des données AK, AB - conception ou conception du travail Tous les auteurs ont révisé le manuscrit.

La correspondance est Sylwia Mierzejewska.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Kopeć, A., Mierzejewska, S., Bać, A. et al. Modification de la méthode de décongélation à la vapeur sous vide de la viande en utilisant l'étape initiale de la déshydratation par sublimation. Sci Rep 12, 7900 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-12114-7

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Reçu : 08 avril 2021

Accepté : 03 mai 2022

Publié: 12 mai 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-12114-7

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