Embed Size (px)
Citation preview
Optimisation de la désacidification électrodialytique du jus de canneberge par
les champs électriques pulsés
Mémoire
Stéphanie Pelletier
Maitrise en sciences et technologie des aliments Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
©Stéphanie Pelletier, 2017
Optimisation de la désacidification électrodialytique du jus de canneberge par
les champs électriques pulsés
Mémoire
Stéphanie Pelletier
Maitrise en sciences et technologie des aliments Maître ès sciences (M. Sc.)
Sous la direction de :
Laurent Bazinet, directeur de recherche
iv
Résumé
La canneberge est bien reconnue pour les effets bénéfiques qu’elle peut apporter à la santé
humaine. Cependant, la consommation de jus de canneberge est limitée car le jus a une grande acidité
(teneur élevée en acides organiques) qui cause des effets secondaires tels la diarrhée, des vomissements
et ballonnements. Par conséquent l’acidité du jus de canneberge doit être réduite pour améliorer la
palatabilité du jus et diminuer les effets secondaires dus à sa consommation. La désacidification des jus,
tels le jus de fruit de la passion et le jus de canneberge, par électrodialyse conventionnelle et
électrodialyse avec membranes bipolaires par application d’un courant direct et continu s’est montrée
efficace en comparaison avec les autres méthodes de désacidification telles les résines échangeuses
d’ions et la précipitation au sel de calcium. L’objectif global de cette étude était d’appliquer les champs
électriques pulsés (CÉPs) pendant l’électrodialyse avec membranes bipolaires pour désacidifier le jus de
canneberge efficacement au niveau énergétique. Le CÉP consiste à appliquer un courant (Ton) et une
pause de courant (Toff) pendant un temps donné consécutivement. Neuf conditions différentes ont été
testées: 10s/2s, 1s/0.1s, 10s/0.1s, 6s/2s, 10s/1s, 2s/2s, 1s/1s, 6s/0.1s, 6s/1s. La désacidification du jus de
canneberge a été 15% plus rapide avec les conditions de CÉPs de 1s/1s et 2s/2s en comparaison avec la
désacidification à courant direct et continu et les autres combinaisons de pulse-pause. Pour ces 2
conditions, les migrations d’acide citrique et d’acide malique étaient plus rapides, ce qui a engendré un
taux plus important de désacidification. Pour préserver l’authenticité du jus de canneberge, l’acide
quinique doit être conservé, ce qui est le cas dans cette étude puisque l’acide quinique ne migre pas
significativement quelles que soit les conditions testées. De plus, les PACs, les anthocyanes et les
polyphénols totaux ont été conservés dans toutes les conditions de CÉP. Pour la première fois, l’efficacité
d’appliquer du CÉP dans la désacidification de jus a été démontrée. L’électrodialyse avec membranes
bipolaires pourrait être une méthode alternative verte et durable pour désacidifier des jus de fruits tout
en préservant leurs caractéristiques organoleptiques et physico-chimiques.
v
vi
Abstract
Cranberry is well recognized for its beneficial effects on human health, but the consumption of
cranberry juice is limited due to its high acidity (high organic acid contents) which is the cause of
undesirable side effects such as diarrhea, vomiting and bloating. Therefore, the acidity should be reduced
to improve the palatability of the juice and to decrease the side effects. The deacidification of juices, such
as citric acid solutions, passion juice and cranberry juice, by conventional electrodialysis and
electrodialysis with bipolar membranes (EDBM) with coutinuous direct current (DC), has shown to be very
effective in comparison with chemical methods such as calcium salt precipitation or ion-exchange resine.
Therefore, the objective of this project is to apply pulsed electric field (PEF) during EDBM to deacidify
cranberry juice. The PEF procedure consists of introducing to the process an electric pulse and a pause
consecutively for a given time. Nine different pulse/pause combinations were tested: 10s/2s, 1s/0.1s,
10s/0.1s, 6s/2s, 10s/1s, 2s/2s, 1s/1s, 6s/0.1s, 6s/1s. The deacidification of cranberry juice was about 15%
faster with PEFs for 1s/1s and 2s/2s conditions in comparison with deacidification with DC and other pulse-
pause combinations. In these two conditions, the migration of citric and malic acids was faster, thus
producing a more important rate of deacidification. To preserve the authenticity of the juice, the quinic
acid must be conserved, which is the case in this study since the quinic acid did not migrated significantly
in every conditions. Also, the PACs, anthocyanins and total polyphenols were preserved whatever the PEF
conditions. It’s the first time that the efficiency of applying PEF for deacidification of juice was
demonstrated. EDBM under PEF would be a green and sustainable alternative process to deacidify fruit
juice and to preserve its organoleptic and physicochemical characteristics.
vii
viii
Table des matières Résumé ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- iv
Abstract ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- vi
Table des matières ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- viii
Table des tableaux -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- xii
Table des figures ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- xiv
Liste d’abréviations ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ xvi
Remerciements ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- xix
Avant-Propos -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- xxi
Introduction ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
Chapitre 1 : Revue de Littérature -------------------------------------------------------------------------------------------- 3
1.1 Canneberge et jus de canneberge --------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.1.1 La canneberge ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.1.1.1 Informations générales -------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.1.1.2 Composition ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.1.2 Le jus ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
1.1.2.1 Fabrication ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 6
1.1.2.2 Composition et caractéristiques physico-chimiques -------------------------------------------------- 6
1.2 Composés d’intérêts du jus de canneberge---------------------------------------------------------------------------7
1.2.1 Proanthocyanidines (PACs) --------------------------------------------------------------------------------------- 8
1.2.1.1 Structures chimiques ----------------------------------------------------------------------------------------- 8
1.2.1.2 Effet Santé/Mécanismes d’action ----------------------------------------------------------------------- 11
1.2.2 Anthocyanes ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13
1.2.2.1 Structure chimique ------------------------------------------------------------------------------------------ 13
1.2.2.2 Effet Santé/Mécanismes d’action ----------------------------------------------------------------------- 14
1.2.3 Acides Organiques ------------------------------------------------------------------------------------------------ 15
1.2.3.1 Structures chimiques --------------------------------------------------------------------------------------- 15
1.2.3.2 Effet Santé/Mécanismes d’action ----------------------------------------------------------------------- 16
1.3 Méthodes de désacidification-------------------------------------------------------------------------------------------17
1.3.1 Résine échangeuse d’ions -------------------------------------------------------------------------------------- 17
1.3.2 Précipitation au sel de calcium -------------------------------------------------------------------------------- 18
1.3.3 L’électrodialyse (ED) --------------------------------------------------------------------------------------------- 18
1.3.3.1 Principe de l’électrodialyse -------------------------------------------------------------------------------- 18
ix
1.3.3.2 Membranes d’électrodialyse ----------------------------------------------------------------------------- 20
1.3.3.3 Désacidification des jus de fruits par électrodialyse ------------------------------------------------ 23
1.3.3.4 Limites --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 24
1.3.3.5 Électrodialyse sous champs électriques pulsés ------------------------------------------------------- 27
Chapitre 2 : But, hypothèse et objectifs --------------------------------------------------------------------------------- 29
2.1 But et Hypothèse-----------------------------------------------------------------------------------------------------------31
2.2 Objectifs------------------------------------------------------------------------------ ----------------------------------------31
Chapitre 3 : Optimization of Cranberry Juice Deacidification by Electrodialysis with Bipolar
Membrane : Impact of Pulsed Electric Field Conditions ----------------------------------------------------- 32
Résumé ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 34
Abstract --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 36
3.1.Introduction ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38
3.2. Materials and Methods--------------------------------------------------------------------------------------------------40
3.2.1 Cranberry Juice and chemicals -------------------------------------------------------------------------------- 40
3.2.1.1 Cranberry Juice ---------------------------------------------------------------------------------------------- 40
3.2.1.2 Chemicals ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 40
3.2.2 Statistical design -------------------------------------------------------------------------------------------------- 41
3.2.3 Electrodialytic configuration and deacidification protocol --------------------------------------------- 42
3.2.3.1 Electrodialytic configuration ----------------------------------------------------------------------------- 42
3.2.3.2 Deacidification Protocol ----------------------------------------------------------------------------------- 43
3.2.5 Analyses ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 44
3.2.5.1 Physicochemical characteristics of cranberry juice and acid recovery solutions ------------- 44
3.2.5.2 Charges transported and relative energy consumption ------------------------------------------- 46
3.2.5.3 Statistical analyses ------------------------------------------------------------------------------------------ 47
3.3 Results and Discussion----------------------------------------------------------------------------------------------------47
3.3.1 Overall Results ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 47
3.3.2 Conductivity and pH ---------------------------------------------------------------------------------------------- 48
3.3.3 Proanthocyanidin and Anthocyanin Content -------------------------------------------------------------- 50
3.3.4 Relative energy consumption ---------------------------------------------------------------------------------- 52
3.3.5 Titratable Acidity and deacidification rate ------------------------------------------------------------------ 53
3.3.6 Organic Acids Content ------------------------------------------------------------------------------------------- 56
3.4 Conclusion-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------61
Supplementary material ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 62
x
Chapitre 4 : Discussion générale, conclusion et perspectives ------------------------------------------------------ 64
4.1 Discussion générale et conclusion--------------------------------------------------------------------------------------66
4.2 Perspectives------------------------------------------------------------------------------------------------------------------68
Bibliographie -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 71
xi
xii
Table des tableaux Tableau 1. Composition de la canneberge ..........................................................................................................5
Tableau 2. Teneur en certains composés d'intérêts des canneberges ...........................................................6
Tableau 3.Caractéristiques physico-chimiques ..................................................................................................7
Tableau 4.Physico-chemical characteristics of the raw cranberry juice ..................................................... 40
Tableau 5. Final deacidification rate and number of charges transported obtained for each pulsed
electric field combination conditions and for the direct current control .................................................. 48
Tableau 6. Evolution of a) Proanthocyanidins concentration (ppm) and b) Anthocyanins concent ration
(ppm) at the beginning and at the end of treatments for each condition for cranberry juice during the
process ................................................................................................................................................................... 51
Tableau 7. Relative energy consumption calculated in each condition teste d ......................................... 53
Tableau 8. Deacidification rate of each condition at 2750 C ........................................................................ 55
Tableau 9. Total polyphenol content before and after each condition for the cranberry juice and
recovery solution .................................................................................................................................................. 62
Tableau 10. Conductivity and thickness of membranes used for every conditions .................................. 63
xiii
xiv
Table des figures Figure 1. Représentation moléculaire des composés principaux retrouvés dans la canneberge ---------- 8
Figure 2. La voie générale des flavonoïdes conduisant à la biosynthèse des proanthocyanidines ------- 9
Figure 3. Structure des proanthocyanidines possédant un lien de type A --------------------------------------- 10
Figure 4. Structures chimiques des anthocyanes de la canneberge ------------------------------------------------ 13
Figure 5. Structure chimique de l'acide hydroxycinnamique ----------------------------------------------------------- 15
Figure 6. Structure chimique des principaux acides organiques du jus de canneberge --------------------- 16
Figure 7. Configuration utilisée au sein d'un module d'électrodialyse pour le Principe de
concentration/dilution --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 19
Figure 8. Production d'acide et de base au sein d'une cellule électrodialytique. CEM:membrane
échangeuse de cations. BPM: membrane bipolaire. AEM: membrane échangeuse d'anions -------------- 22
Figure 9. Configuration utilisée pour la désacidification du jus de canneberge -------------------------------- 24
Figure 10. Phénomène de concentration de polarisation. DBL: couche de diffusion limite. J: Flux. C:
profil de la concentration en ion -------------------------------------------------------------------------------------------------- 26
Figure 11. Représentation du champ électrique pulsé et d'un courant constant ----------------------------- 27
Figure 12.Parameters of the statistical program used to determine the condition --------------------------- 41
Figure 13. A) Graph representing the surface area covered by the program and B) coefficients results
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42
Figure 14. Electrodialytic configuration ---------------------------------------------------------------------------------------- 43
Figure 15. Evolution of a) Conductivity and b) pH in cranberry juice and KCl during Deacidification
process for the different conditions --------------------------------------------------------------------------------------------- 49
Figure 16. Evolution of titratable acidity in cranberry juice and recovery solution (KCl) during the
deacidification process for CC control and conditions 6 (2s/2s) and 7 (1s/1s) ---------------------------------- 54
Figure 17. Evolution of the deacidification rate calculated at 2750 charges as a function of pulse and
pause conditions------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 55
Figure 18. Evolution of citric, malic and quinic acids as a function of number of charges transported
in cranberry juice and KCl. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 58
Figure 19. Concentration polarization phenomenon. --------------------------------------------------------------------- 59
xv
xvi
Liste d’abréviations
MEAs: Membranes échangeuses d’anions
MECs: Membranes échangeuses de cations
CEPs : Champs électriques pulsés
CP : Concentration de polarisation
DMAC : Diméthylacétamide
DR Demineralization rate
ED : Électrodialyse
EDMB : Électrodialyse avec membrane bipolaire
EDMF : Électrodialyse avec membrane de filtration
HDL : «High density lipoprotein» cholesterol
HPLC : Chromatographie en phase liquide à haute performance
LDL : «Low density lipoprotein» cholesterol
MBs : Membranes bipolaires
MCV : Maladies cardiovasculaires
MEIs : Membranes échangeuses d’ions
MFs : Membranes de filtration
PACs : Proanthocyanidines
Ton : Temps de pulsation en secondes
Toff : Temps de pause en secondes
xvii
Believe you can and you’re halfway there
Theodore Roosevelt
In the end, it’s not the years in your life that count.
It’s the life in your years.
Abraham Lincoln
xviii
xix
Remerciements
C’est lorsque se termine un chapitre de notre vie que l’on se rend compte de toute la chance qu’on
a pu avoir de côtoyer les personnes qui en faisaient partie. Tout d’abord, je tiens à remercier sincèrement
mon directeur de maîtrise, Dr. Laurent Bazinet, pour m’avoir accueilli à bras ouverts au sein de son équipe
formidable où règne une belle atmosphère de joie, d’amitié et d’entraide. Merci d’avoir éveillé mon
intérêt à la recherche lors de votre présence aux cours du baccalauréat en Science et technologies des
aliments et de m’avoir offert un projet de recherche intéressant qui a su être stimulant du début à la fin.
Votre passion, votre écoute, votre grande disponibilité et tous vos précieux conseils ont rendu mon
cheminement durant la maîtrise mémorable.
Je ne peux pas faire des remerciements sans remercier grandement Élodie Serre qui a été là du
début à la fin. Merci pour ces heures passées avec moi tant en laboratoire qu’autour d’un café à discuter
du projet, à trouver des solutions et les meilleures explications qui soient pour chaque bémol rencontré
durant mon projet. Toujours prête à aider et à donner des conseils, tu as grandement contribué à mon
projet de maîtrise et ce, en rendant toujours le travail plus amusant et agréable. Ta présence réussissait
toujours à dissiper mes inquiétudes. Merci beaucoup.
Un grand merci aussi à Jacinthe Thibodeau qui est toujours présente pour qu’il ne nous manque
de rien, pour nous aider dans nos analyses et manipulations, nous soutenir et nous encourager dans nos
projets de maîtrise ou de vie. Pétillante et plein de vie, tu contribues grandement à l’atmosphère de
l’équipe qui fait de nos projets une expérience si enrichissante à tous les niveaux. Merci à Pascal Dubé et
Véronique Richard pour les analyses d’acides organiques et à Diane Gagnon, qui est partout à la fois, pour
l’aide apporté au laboratoire du Pavillon Paul-Comtois. Merci à tous les personnes du bureau qui ont été
présentes de près ou de loin à tous les jours de ma maîtrise : Véronique, Loïc, Sergey, Dany, Gabrielle,
Stéphanie, Alice, Camile, Mathieu, Anne-Violaine, Sagar, Valérie et Shyam.
Un énorme merci à ma famille, dont Marie-Josée, Louis-Philippe et Jean-Marc qui m’ont toujours
supporté dans les bons comme dans les moments plus difficiles, et qui m’ont appris qu’il faut travailler et
aller jusqu’au bout pour obtenir ce que l’on veut. Un énorme merci à mes amies proches qui sont toujours
xx
là pour me remonter le moral ou me faire pleurer de rire : Kassandra, Katherine T, Marie-Philippe,
Monalie, Marie-Élaine, Katherine G, Anne, Raphaëlle, Alexandra G, Alexandra M-R et Sidki.
Enfin, merci aux industriels qui faisait partie du projet MAPAQ Innov’Action pour leur soutien
financier tout au long du projet.
xxi
Avant-Propos
Le premier chapitre de ce mémoire est une revue de littérature consacrée à l’état des
connaissances actuelles sur le jus de canneberge, l’effet de ses composés sur la santé, les méthodes de
désacidification dont l’électrodialyse et les champs électriques pulsés. La problématique associée à ce
travail est incluse dans ce chapitre.
Le deuxième chapitre comprend l’hypothèse de recherche et les objectifs qui s’y rattachent ayant
pour but de confirmer ou non celle-ci.
Le troisième chapitre de ce mémoire porte sur l’article scientifique rédigé en anglais intitulé
«Optimization of Cranberry Juice Deacidification by electrodialysis with Bipolar Membrane : Impact of
Pulsed Electric Field Conditions» soumis pour publication dans la revue «Separation and Purification
Technology». Les auteurs sont Stéphanie Pelletier, Élodie Serre, Sergey Mikhaylin et Laurent Bazinet. J’ai
fait les expérimentations en laboratoire, les analyses des échantillons, l’interprétation des résultats et la
rédaction de ce mémoire en tant qu’auteure principale. Élodie Serre, a participé aux laboratoires lors de
ma formation en début de maîtrise et elle m’a guidé tout le long de mon interprétation des résultats.
Sergey Mikhaylin a révisé et corrigé l’article. Laurent Bazinet, a révisé et corrigé mon article en plus de
superviser les travaux réalisés.
Finalement, le dernier chapitre est consacré à une discussion et conclusion générales et
présentent les perspectives de ce projet.
xxii
1
Introduction La canneberge fait partie de la vie des Nord-Américains depuis très longtemps. En effet, les
premiers colons et les Amérindiens utilisaient la canneberge comme un aliment, un médicament et pour
le troc (Howell, 2012). Le Québec est présentement au 3e rang mondial de la production de canneberges
(Samson, 2013). De plus, entre 1999 et 2009, le Québec a enregistré une croissance moyenne de 6% par
année de sa production de canneberges et 200 millions de dollars ont été investis dans les cannebergières
depuis 1992 pour transformation (APCQ, 2010a). Le secteur de la transformation des canneberges est
aussi un maillon important de la valorisation de ces petits fruits. Effectivement, le Québec transforme les
2/3 de ses canneberges produites et près de 95% des canneberges transformées sont exportées
principalement vers les États-Unis et dans 25 autres pays du monde (APCQ, 2010a). La consommation de
canneberges fraîches et des produits de la canneberge deviennent de plus en plus populaire de par les
effets bénéfiques pour la santé qu’ils apportent.
Le nom scientifique de ce fruit est Vaccinium Macrocarpon et il est connu pour sa grande teneur
en polyphénols, dont les anthocyanes et les proanthocyanidines (PACs) (Bazinet, Brianceau, Dubé &
Desjardins, 2012). La canneberge ne contient pas seulement des polyphénols, mais aussi des acides
organiques à hautes concentrations (acide quinique, acide malique, acide citrique et acide succinique) qui
sont responsables en grande partie de l’acidité du jus de canneberge (Bazinet et al., 2012). Effectivement,
dans les études cliniques étudiant le jus de canneberge, des taux d’abandon d’environ 30% ont été
observés majoritairement dus à un mécontentement vis-à-vis de la palatabilité du jus et également à
l’apparition potentielle de troubles intestinaux chez certains sujets (Mcmurdo, Bissett, Price, Phillips, &
Crombie, 2005; Takahashi et al., 2013; Vasileiou, Katsargyris, Theocharis, & Giaginis, 2013; Wing, Rumney,
Preslicka, & Chung, 2008). Malgré les inconvénients engendrés chez certaines personnes par la
consommation du jus de canneberge, plusieurs études démontrent que le jus de canneberge a un impact
positif sur la prévention des infections urinaires en réduisant l’adhérence d’Escherichia coli (E.coli) sur les
cellules épithéliales vaginales (Raz, Chazan, & Dan, 2004; Vasileiou et al., 2013). Cette prévention des
infections urinaires serait due aux PACs contenus dans la canneberge (Howell, 2012; Howell et al., 2005,
2010). Plusieurs autres effets bénéfiques des anthocyanes et PACs sur la santé ont été rapportés :
prévention des ulcères gastriques(Wing et al., 2008), diminution des facteurs de risques de maladies
2
cardiovasculaires (MCV) (Blumberg et al., 2013) et diminution de la plaque dentaire (Howell, 2012; Weiss,
Lev-Dor, Sharon, & Ofek, 2017).
Pour que les consommateurs puissent mieux apprécier le jus, une méthode de désacidification
n’altérant pas les composés phénoliques du jus de canneberge devrait être développée. Plusieurs
méthodes existent pour désacidifier les jus, cependant, l’électrodialyse semble être l’option la plus
favorable à l’atteinte de ces objectifs. L’électrodialyse (ED), un procédé électromembranaire, est basée
sur la migration des molécules chargées à travers des membranes échangeuses d’ions (MEIs) (Mikhaylin,
2015) sous l’effet d’un champs électrique. Ce procédé a déjà été appliqué sur plusieurs produits tels que
les jus de fruits de la passion pour leur désacidification, le vin pour sa stabilisation et désacidification et le
jus de canneberge pour son enrichissement en anthocyanes (Bazinet et al., 2012; Bazinet & Castaigne,
2011; Husson, Araya-Farias, Gagné & Bazinet, 2013). Serre (Serre, Rozoy, Pedneault, Lacour & Bazinet,
2016) et al. ont récemment testé différentes configurations de membranes pour obtenir une
configuration optimale et ainsi désacidifier le jus de canneberge en une étape seulement. De plus,
l’électrodialyse est considérée comme un procédé écoresponsable, car aucun solvant n’est utilisé
contrairement aux autres procédés de désacidification existants comme les méthodes chimiques ou les
résines échangeuses d’ions. Cependant, la principale limite de l’électrodialyse est le colmatage des
membranes (Bazinet et al., 2012; Casademont, Sistat, Ruiz, Pourcelly & Bazinet, 2009; Cifuentes-Araya,
2012; Mikhaylin, 2015; Ren, Wang, Zhang, Kang & Shi, 2008) et la concentration de polarisation. Les
champs électriques pulsés (CEPs) ont été proposés récemment en électrodialyse pour diminuer le
colmatage des membranes et augmenter l’efficacité de l’ED. L’objectif général du projet vise donc à
optimiser la configuration électromembranaire récemment développée, par Serre et al. (Serre, Rozoy, et
al., 2016), par l’utilisation de CÉP et ainsi permettre une désacidification efficace énergétiquement tout
en préservant les composés du jus de canneberge.
3
Chapitre 1 : Revue de Littérature
4
5
1.1 Canneberge et jus de canneberge
1.1.1 La canneberge
1.1.1.1 Informations générales (APCQ, 2010b)
La canneberge, une plante vivace provenant de l’Amérique du Nord, appartenant à la famille des
éricacées, peut vivre plus de 100 ans. Cette plante rampante et ligneuse fleuri en début d’été et produit
des fruits qui atteignent la maturité dès la fin du mois de septembre/début octobre. Elle est cultivée sur
sols sableux avec une bonne irrigation. De plus, la disponibilité en eau doit être importante pour faciliter
la récolte et protéger les cultures lors des périodes de gels. La récolte se fait de mi-septembre à fin
octobre. Après la récolte, les champs sont inondés d’eau pour qu’une couche de glace d’environ 6 pouces
se forme au-dessus de la plante, ce qui crée une protection pour l’hiver à venir. Cette eau utilisée pour la
couche de glace est retirée des champs au printemps et entreposée dans des réservoirs pour être
réutilisée plus tard dans la saison.
1.1.1.2 Composition
Le tableau 1 ci-dessous présente la composition globale de la canneberge tandis que le tableau 2
présente la teneur en composés d’intérêts tels que les PACs et anthocyanes.
Tableau 1. Composition de la canneberge
Composantes Teneur (%)*
Eau 87,13
Protéines 0,39
Lipides 0,13
Glucides 12,2
Fibre 3
Calcium 0,008 *(Santé Canada, 2010)
6
Tableau 2. Teneur en certains composés d'intérêts des canneberges
Composé d’intérêts Teneur
Acide ascorbique 13,3 mg/100g***
Acide citrique 2,0-3,0 g /100g**
PACs et Anthocyanes 192,3 à 676,4 mg/100g*
*(Viskelis et al., 2009)**(Fruit d’Or, 2015)***(Santé Canada, 2010)
1.1.2 Le jus
Plusieurs effets bénéfiques sont associés à la consommation de canneberges et de ses dérivés.
Cependant, les canneberges sont rarement consommées fraîches. En effet, les canneberges sont
consommées à 60% sous forme de jus (Blumberg et al., 2013).
1.1.2.1 Fabrication
Les étapes principales de la fabrication sont le pressage, la dépectinisation, la filtration et la
pasteurisation. Pour un jus pur, aucun colorant, saveur ou agent de conservation n’est ajouté. Les
procédés de transformation ont un effet sur les composés d’intérêts de la canneberge. Par exemple,
beaucoup de pertes de composés se fait lors de l’élimination des résidus tels que peau et graines
(Blumberg et al., 2013). Les anthocyanes sont les plus affectés avec une perte d’environ 50% par les
différents types de transformation (Blumberg et al., 2013). Heureusement, les PACs sont stables à la
chaleur et résistent bien à la clarification et à la pasteurisation, mais connaissent des dégradations sous
hautes températures (Blumberg et al., 2013).
1.1.2.2 Caractéristiques physico-chimiques
La composition du jus de canneberge peut varier beaucoup d’un cultivar à l’autre. Le tableau 3 ci-
dessous présente les caractéristiques physico-chimiques du jus utilisé.
7
Tableau 3.Caractéristiques physico-chimiques
1.2 Composés d’intérêts du jus de canneberge
De plus en plus d’études démontrent une relation entre la consommation de fruits et de légumes
et la diminution de la prévalence de certaines maladies tels le cancer et les maladies cardiovasculaires
(Graf, Milbury, & Blumberg, 2005; Hu, 2003; Riboli & Norat, 2003). En effet, une consommation accrue
de certains composés, et plus particulièrement les vitamines, les minéraux, les fibres, les composés
phénoliques, comprenant les flavonoïdes semble responsables de cette relation (Graf et al., 2005; Hu,
2003; Riboli & Norat, 2003). Les flavonoïdes synthétisés par les plantes sont impliqués dans la
photosynthèse, dans la protection des plantes contre les rayons ultraviolets et dans la protection contre
différents types de pathogènes qui pourraient agresser ces plantes(Graf et al., 2005). Ils sont présents
dans les fruits, les légumes, les noix et plus, mais aussi dans le thé, café et vin rouge (Graf et al., 2005).
Les 6 classes faisant parties des flavonoïdes sont les flavonoles, les flavones, les flavonones, les flavan-
3ols, les isoflavones et les anthocyanidines (Graf et al., 2005). La figure 1 ci-dessous montre les principaux
composés retrouvés dans la canneberge. Les PACs et les anthocyanes sont des composés faisant partie
de la catégorie des flavonoïdes et ce sont sur ces composés que l’accent sera mis dans cette deuxième
partie de la revue de littérature, ainsi que sur les acides organiques qui ont une place importante dans la
canneberge. Les effets santé de ces composés seront brièvement discutés.
pH 2,5 ± 0,04
Total soluble solids (°Brix) 7,0 ± 0,2 Acidité titrable (mL de NaOH pour atteindre un pH de 8.2) 13,9 ± 0,5 Conductivité (mS/cm) 2,9 ± 0,1 Proanthocyanidines totaux (ppm) 360,5 ± 17,5 Anthocyanes (ppm) Cynanidine-3-galactoside 29,9 ± 1,3 Cynanidine-3-glucoside 0,9 ± 0,04 Cynanidine-3-arabinoside 29,6 ± 1,2 Peonidine-3-galactoside 41,8 ± 1,7 Peonidine-3-glucoside 3,0 ± 0,1 Peonidine-3-arabinoside 22,3 ± 1,0 Acides Organiques (ppm) Acide quinique 10166 ± 500 Acide citrique 11798 ± 632 Acide malique 7793 ± 426
8
Figure 1. Représentation moléculaire des composés principaux retrouvés dans la canneberge (Vasileiou et al., 2013)
1.2.1 Proanthocyanidines (PACs) 1.2.1.1 Structures chimiques
Le premier chercheur à découvrir les PACs dans les années 1940 est le Français Jacques
Masquelier qui a suggéré que les PACs, initialement nommées Vitamine P, étaient des vitamines
9
provenant des flavonoïdes des plantes (Feghali, Feldman, La, Santos & Grenier, 2012). La figure 2 ci-
dessous montre la voie générale de biosynthèse des PACs à partir des flavonoïdes des plantes.
Figure 2. La voie générale des flavonoïdes conduisant à la biosynthèse des proanthocyanidines (He, Pan, Shi, & Duan, 2008)
La structure des PACs est primordiale pour comprendre leur bioactivité. Les PACs de la canneberge
forment un groupe de structures chimiques hétérogènes qui sont caractérisées par leur degré de
10
polymérisation, leur type de lien et la nature de leurs unités (Blumberg et al., 2013). Les PACs sont des
polymères de flavan-3-ols composés principalement de 2 à 50 sous-unités, comme la catéchine et
l’épicatéchine, et sont reliés la plupart du temps par un lien entre C4-C8 ou C4-C6 (Lien de type B) (Feghali
et al., 2012). Les PACs ayant un lien de type B se retrouvent dans les aliments communs tels les raisins,
les pommes et le chocolat (Feghali et al., 2012). Cependant, pour observer une inhibition bactérienne, les
PACs doivent posséder le lien de type A (Figure 3), qui relie O7 et C2 en plus des liens C-C de type B, qui
est beaucoup plus rare (Blumberg et al., 2013). Très peu d’aliments contiennent des PACs avec le lien de
type A : avocats, cannelle, arachides, airelles, prunes et canneberges (Blumberg et al., 2013).
Figure 3. Structure des proanthocyanidines possédant un lien de type A (Feghali et al., 2012)
Selon Carpenter & al, même si le contenu total en PACs dans les canneberges varie d’une
région/cultivar à l’autre, les octamères de catéchines ayant un lien de type A ont été retrouvés dans tous
les cultivars de canneberge analysés (Carpenter, Caruso, Tata, Vorsa & Neto, 2014). Donc, même si la
concentration des composés phénoliques varie beaucoup, les effets santés associés aux liens de type A
restent présents.
11
1.2.1.2 Effet Santé/Mécanismes d’action
Les PACs sont reconnus pour leurs nombreux effets bénéfiques pour la santé humaine tels que la
prévention d’infection urinaire, la prévention de maladies cardiovasculaires et propriétés anti-
cancéreuses.
L’effet santé principal des PACs est la prévention d’infection bactérienne. La première étape d’une
infection bactérienne est l’adhésion de ces bactéries. Les PACs sont en mesure d’inhiber cette adhésion
ce qui empêche par conséquent la croissance de ces dernières (Blumberg et al., 2013; Feghali et al., 2012;
Howell, 2012). De plus, puisque les PACs ne tuent pas les bactéries comme le font les antibiotiques, il n’y
a donc pas de résistance aux PACs qui se crée (Howell, 2012). C’est cette propriété d’anti-adhésion qui
est reliée à la prévention des infections urinaires, la prévention d’ulcère gastriques et la prévention de la
plaque dentaire (Blumberg et al., 2013; Feghali et al., 2012; Howell, 2012; Vasileiou et al., 2013).
Effectivement, on a longtemps cru que le mécanisme d’action de la prévention des infections urinaires
était dû à l’acidité du jus de canneberge (Howell, 2012; Lavigne, Bourg, Botto & Sotto, 2007). De plus, les
extraits de canneberge qui contiennent des PACs préviennent l’adhésion de la bactérie Helicobacter pylori
(H.pylori) qui est responsable des ulcères gastriques (Feghali et al., 2012; Howell, 2012). Dans le même
ordre d’idée, les PACs préviennent aussi l’adhésion des biofilms responsables de la plaque dentaire (Bodet
et al., 2008; Feghali et al., 2012; Howell, 2012). Tout comme les bactéries, les premières étapes de
formation de biofilms sont la coagrégation et l’adhésion des bactéries aux dents. Donc, le même extrait
de PACs inhibe l’adhésion de Streptoccocus sobrinus, inhibe la glycosyltransférase impliquée dans la
formation de biofilms et aide à la désorption des bactéries de leur biofilm (Howell, 2012).
Le système cardiovasculaire est influencé par des mécanismes complexes, dont l’inflammation et
le stress oxydatif (Blumberg et al., 2013; Feghali et al., 2012; Howell, 2012) . Les «low density lipoprotein»
(LDL) cholestérols sont aussi grandement impliquées dans les maladies cardiovasculaires(MCV) (Blumberg
et al., 2013; Howell, 2012). Puisque les canneberges ont une grande teneur en anthocyanes et en PACs ,
qui ont des propriétés anti-inflammatoires et antioxydantes, ceux-ci peuvent aider les consommateurs à
avoir une meilleure santé cardiovasculaire (Howell, 2012). Effectivement, ces composés peuvent prévenir
les MCV en inhibant l’expression du récepteur des LDLs, en inhibant l’oxydation des LDL cholestérols et
en augmentant l’absorption du cholestérol par l’augmentation des «high density lipoprotein (HDL)
12
cholesterols (Blumberg et al., 2013; Howell, 2012). La canneberge a donc un grand potentiel sur le marché
puisque les MCVs sont la deuxième cause de décès chez les canadiens en 2009 et ont une énorme
incidence économique au Canada ayant coûté plus de 22.2 millards de dollars en l’an 2000 (Agence de la
santé publique du Canada (Gouvernement du Canada), 2016).
Finalement, les PACs sont aussi associés à des propriétés anti-cancéreuses. Le développement
d’un cancer est un long processus qui peut prendre des années avant qu’il puisse être diagnostiqué
(Société canadienne du cancer, 2016). Un grand nombre de cellules de notre corps est programmé pour
vivre pendant une période fixe (Société canadienne du cancer, 2016). Une fois cette période terminée,
les cellules meurent par un processus automatique de mort cellulaire nommé apoptose (Société
canadienne du cancer, 2016). Ce phénomène est un processus qui aide le corps à rester en santé (Société
canadienne du cancer, 2016). Cependant, ce renouvellement des cellules peut subir quelques
défectuosités. En effet, des mutations génétiques, qui peuvent engendrer un bon nombre de cancers,
peuvent survenir à un moment ou à un autre (Société canadienne du cancer, 2016). Normalement,
chaque cellule est capable de reconnaître ces mutations pour les réparer avant qu’elles ne se multiplient
ou pour engendrer le processus de mort cellulaire, l’apoptose. Lorsque cette capacité à la reconnaissance
fait défaut, les cellules deviennent anormales et c’est la première étape de développement de cancer qui
débute (Société canadienne du cancer, 2016). Plusieurs facteurs peuvent entraîner ce défaut de
reconnaissance tel que produits chimiques, tabac, radiations et autre. La promotion (lésions
additionnelles et répétées : les cellules deviennent cancéreuses), la progression
(doublement/reproduction des cellules cancéreuses : les cellules cancéreuses forment une tumeur) et les
métastases (envahissement des tissus avoisinants ou déplacement dans le sang et système lymphatique)
sont les étapes suivantes du développement du cancer (Société canadienne du cancer, 2016). Les PACs
ont un influence sur plusieurs facteurs du mécanisme de carcinogénèse (Howell, 2012; Neto, 2011). Entre
autres, elles peuvent 1) inhiber l’oxydation, 2) induire l’apoptose 3) être antiprolifique, et 4) réduire
l’invasion par les métastases (Howell, 2012; Neto, 2011). Par contre, la plupart des recherches a été faite
in-vitro sur des cellules cancéreuses puisqu’il est difficile de transférer les études in-vitro en études
cliniques sur les humains.
13
1.2.2 Anthocyanes
1.2.2.1 Structure chimique
Les anthocyanes, qui sont des composés pouvant contenir dans leurs structures une fraction
glycolysée, se retrouvent en très grande quantité dans les canneberges et contribuent en grande partie à
la couleur de ce fruit et de ses produits dérivés (Blumberg et al., 2013). En fait, la canneberge d’Amérique
est un des rares aliments à contenir les six aglycones de la famille des anthocyanes : cyanidine, peonidine,
malvidine, pelargonidine, delphinidine et petunidine (Blumberg et al., 2013) (Figure 4). Les anthocyanes
détectées en plus grande quantité sont les 3-O-galactoside et 3-O-arabinoside de cyanidine et peonidine
(Blumberg et al., 2013). La quantité d’anthocyane dans la canneberge augmente avec le degré de maturité
du fruit et cette quantité dépend aussi du cultivar.
Figure 4. Structures chimiques des anthocyanes de la canneberge (He et al., 2008)
14
1.2.2.2 Effet Santé/Mécanismes d’action
Pour les anthocyanes, l’effet santé principal mis en évidence dans le plus grand nombre d’études
scientifiques est une action anti-cancer. Seeram et al. (Seeram, Adams, Hardy, & Heber, 2004) ont
démontré un effet antiprolifique sur les cellules de tumeur lorsqu’il y a combinaison dans un même extrait
avec des anthocyanes, des proanthocyanidines et des flavonoles. Effectivement, selon eux, il y a un effet
synergique assez important entre ces composés comparativement aux études faite sur ces composés
séparément (Seeram et al., 2004). Quelques mécanismes d’action des anthocyanes ont été soulevés dans
les dernières années. Les mécanismes évoqués et appuyés par des résultats d’études in vitro sont
l’induction de l’apoptose cellulaire, la diminution de l’invasion des métastases qui seraient en fait le
résultat de 1) l’inhibition de la métalloprotéinase matricielle, 2) la diminution de l’expression et de
l’activité de l’ornithine décarboxylase (ODC), 3) la réduction du stress oxydatif grâce aux activités
antioxydante et 4) la diminution du processus d’inflammation, incluant l’activité de la cyclooxygenase-2
(COX-2) (Neto, 2011). De plus, les anthocyanes limiteraient l’angiogénèse, mais ceci n’a pas été testé en
utilisant seulement les anthocyanes de la canneberge (Feghali et al., 2012; Howell, 2012; Neto, 2011).
Selon une autre étude, les anthocyanes et les composés phénoliques non polaires présenteraient les plus
grandes activités neutralisantes des radicaux libres (Caillet, Côté, Doyon, Sylvain, & Lacroix, 2011). De plus,
des extraits d’anthocyanes purifiés démontrent que ce sont les plus efficaces à inhiber la peroxydation
des lipides comparativement aux autres extraits de canneberge présent dans l’étude tels que des
composés phénoliques non polaires et des composés phénoliques soluble dans l’eau (Caillet et al., 2011).
De plus, les anthocyanes et les acides hydroxycinnamiques (Figure 5) isolés des canneberges réduiraient
la réponse inflammatoire au niveau des cellules endothéliales microvasculaires en limitant la régulation
des cytokines et l’adhésion des molécules (Vasileiou et al., 2013). Finalement, tous comme les PACs, les
anthocyanes seraient responsables de la diminution des LDL cholestérol, ce qui impliquerait une meilleure
santé cardiovasculaire (Blumberg et al., 2013; Howell, 2012).
15
Figure 5. Structure chimique de l'acide hydroxycinnamique
1.2.3 Acides Organiques
Le jus de canneberge contient aussi des acides organiques à haute concentrations (acide quinique,
acide malique, acide citrique et acide succinique qui sont responsables en grande partie de son acidité
(Bazinet et al., 2012).
1.2.3.1 Structures chimiques
Les acides organiques du jus de canneberges responsables de la haute acidité titrable sont l’acide
citrique (PM=192.12 g/mol, pKa1 = 3.13, pKa2 = 4.76, pKa3 = 6.39), l’acide malique (PM=134.09g/mol,
pKa1 = 3.46, pKa2 = 5.05), l’acide succinique (PM=118.09 g/mol, pKa1 = 4.03, pKa2 = 5.28) et l’acide
quinique (PM=192.17 g/mol, pKa = 3.46) (Serre, Rozoy, et al., 2016) (Figure 6). Par contre, l’acide quinique
est le deuxième plus important en concentration dans le jus de canneberge et sert de référence pour la
détection d’adultération des jus (Serre, Rozoy, et al., 2016). Cet acide est présent dans plusieurs autres
fruits tels que le citron, la pomme, la pêche, la tomate, etc. (Serre, Rozoy, et al., 2016).
16
Figure 6. Structure chimique des principaux acides organiques du jus de canneberge a) Acide
quinique B) Acide Malique C) Acide Citrique D) Acide Succinique
1.2.3.2 Effet Santé/Mécanismes d’action
Les informations concernant les effets sur la santé humaine des acides organiques ne sont pas
aussi abondantes que pour les PACs. Effectivement, dans plusieurs études cliniques lors de la
consommation prolongée de jus de canneberge pur, il a été noté des taux d’abandons d’environ 30% dû
à des effets secondaires (nausée, vomissement) (Mcmurdo et al., 2005; Takahashi et al., 2013; Vasileiou
et al., 2013). Les effets secondaires sont causés par la grande acidité titrable et le pH faible du jus de
canneberge. Selon Lacombe et al. (Lacombe, Wu, Tyler, & Edwards, 2010), les acides organiques présents
dans la canneberge joueraient un rôle antimicrobien sur E.coli O157 :H7. Cependant, cet effet
antimicrobien ne serait pas lié directement aux acides organiques, mais au changement de pH que ces
acides organiques peuvent engendrer au sein des microorganismes (MO). En fait, les acides organiques
auraient un effet sur les MOs car ils diminueraient le pH de l’environnement des MOs et le pH
intracellulaire de ceux-ci (Lacombe et al., 2010). Ces deux diminutions de pH pourraient ainsi réduire le
gradient chimique nécessaire, la force motrice liée au transport des protons : ce mécanisme est à la base
de la survie des Mos (Lacombe et al., 2010). Le deuxième effet des acides organiques sur les
microorganismes serait l’accumulation des acides organiques chargés négativement sur la membrane
cellulaire, ce qui causerait une augmentation du stress osmotique (Lacombe et al., 2010). Finalement, il
serait possible que la présence des acides organiques dans le jus, principalement l’acide malique, l’acide
quinique et l’acide citrique, aiderait la stabilisation et la protection des anthocyanes de la canneberge, qui
eux, auraient des propriétés anti-cancer décrites dans la prochaine section (Caillet et al., 2011).
17
1.3 Méthodes de désacidification
La consommation de canneberge est en hausse depuis plusieurs années (Neto, 2011) dû
notamment aux nombreux effets bénéfiques démontrés de la canneberge sur la santé, et à l’attrait
croissant des consommateurs vers des produits ayant une valeur-ajouté/effet santé. Malgré ces effets
santé attrayants, la consommation de jus de canneberge reste limitée puisqu’il induit des effets
secondaires (nausées, vomissements, diarrhées) et son goût est amer et acide. L’industrie de la
transformation de la canneberge est consciente de cette problématique et cherche à rendre le jus de
canneberge plus accessible aux consommateurs et se tournent aujourd’hui vers la désacidification du jus
brut. Plusieurs méthodes sont disponibles afin désacidifier les boissons acides, notamment les résines
échangeuses d’ions, l’ajout de sel et l’électrodialyse. Cette dernière se place comme un procédé
écoresponsable. En effet, l’électricité qui est utilisée comme force motrice, permettant donc la migration
des acides organiques est produites de manières dite « vert » au Québec. De plus, l’absence de produits
chimiques utilisés durant la séparation, la capacité d’adaptation à la production à très grande échelle sont
autant d’atouts rendant l’intégration de l’électrodialyse plus facile dans une ligne de
production industrielle.
1.3.1 Résine échangeuse d’ions
La méthode de désacidification du jus par résine échangeuse d’ions consiste à mettre en contact
le jus à désacidifier avec une résine absorbante, afin que les acides organiques viennent remplacer les
ions présents sur la résine et se retrouvant ainsi fixés à cette dernière. À la fin du procédé, les acides
organiques seront élués à l’aide d’un solvant et ne seront donc pas valorisables. Pour que les résines
restent efficaces, il est nécessaire de régénérer après un certain temps les ions initialement présents sur
la résine , à l’aide d’effluent tel que l’hydroxyde de sodium (Vera, Dornier, Ruales, Vaillant, & Reynes,
2003). Les résines échangeuses d’anions désacidifie le jus de citron à hauteur de 30 à 60% selon la résine
utilisée (Johnson & Chandler, 1985). Le même résultat a été observé pour le jus d’orange. Une étude
menée par Couture et Rouseff démontre que l’acidité moyenne du jus d’orange est réduit de 57 à 87%
en utilisant des résines échangeuses d’anions neutres ou à base faible (Couture & Rouseff, 1992). Malgré
le fait que cette méthode présente un bon taux de désacidification, elle présente des désavantages tels
18
que des changements au niveau des caractéristiques organoleptiques et une grande production effluents
produits lors de la régénération des résines échangeuses d’ions (Vera, Ruales, et al., 2003).
1.3.2 Précipitation au sel de calcium
Cette méthode est utilisée pour désacidifier du jus de fruit de la passion et le vin. Les réactifs qui
pouvant être utilisé sont le CaCO3 (équation 1) et le Ca(OH)2 (équation 2). Les réactions de désacidification
qui se produisent dans le jus et qui permettent de calculer la quantité de réactifs à ajouter sont les
suivantes :
Le jus à désacidifier est ajouté jusqu’à ce que le pH de 4.5 soit atteint (Vera, Ruales, et al., 2003). Le pH ne
doit pas descendre plus bas car le citrate de calcium devient soluble à bas pH (Vera, Ruales, et al., 2003).
Après 24h de repos à 4°C, le jus est filtré et mélangé avec un jus clarifié pour obtenir un pH de 4 au produit
final (Vera, Ruales, et al., 2003). Cependant, cette méthode n’est pas acceptée dans tous les pays dû à
l’ajout de molécule tel le calcium. De plus, la concentration en calcium du produit final est plus élevée
qu’au début, ce qui pourrait créer un problème de re-précipitation lors de l’ajout du jus clarifié au jus
désacidifié en plus d’une perte de jus d’environ 19%, observable (Vera, Ruales, et al., 2003). Finalement,
cette méthode va entrainer des modifications organoleptiques du jus en lui conférant un goût de « craie ».
1.3.3 L’électrodialyse (ED)
1.3.3.1 Principe de l’électrodialyse
L’électrodialyse est une méthode basée sur 2 procédés: la dialyse et l’électrolyse. La dialyse, proposée
par Nollet (Nollet, 1752), consiste au départ en la séparation de l’alcool et de l’eau par un gradient de
concentration (Mikhaylin, 2015). L’électrolyse, proposée par Nicholson (Nicholson, Carliebe, & Al., 1800),
est un procédé conçu pour la décomposition de l’eau à l’aide d’un courant électrique appliqué à un
système contenant des solutions ioniques et 2 électrodes qui permettent la dissociation des molécules
19
d’eau (Mikhaylin, 2015). L’électrodialyse est donc un procédé basé sur la migration d’espèces ioniques
sous l’influence d’un champ électrique à travers différents types de membranes (Bazinet & Castaigne,
2011; Mikhaylin, 2015)
Le principal avantage de ce procédé est que la nature chimique des espèces dans les solutions n’est
pas modifiée puisqu’aucun solvant n’est utilisé et le seul impact du champ électrique est d’assurer le
transfert des espèces chargées ( Bazinet & Castaigne, 2011). Par exemple, lors de la déminéralisation de
l’eau, le courant appliqué permet aux sels en solutions aqueuses de se dissocier en ions (Figure 7). Ces
ions sont attirés par la cathode, si ce sont des cations, et par l’anode, si ce sont des anions. Lorsque les
membranes échangeuses de cations et d’anions sont bien placées, les cations et les anions peuvent migrés
à travers une membrane échangeuse de cation et membrane échangeuse d’anions respectivement
(Bazinet & Castaigne, 2011; MEGA, 2006). Tous les ions se retrouvent donc dans le même compartiment
nommé le compartiment de concentrat, tandis que la concentration de l’eau en sels est diluée, l’eau
déminéralisée se retrouvant au final dans le compartiment de diluat ( Bazinet & Castaigne, 2011; MEGA,
2006).
Figure 7. Configuration utilisée au sein d'un module d'électrodialyse pour le Principe de concentration/dilution (MEGA, 2006)
L’efficacité énergétique du procédé d’électrodialyse dépend de plusieurs facteurs : la densité du
courant électrique, la surface totale des membranes, l’épaisseur des cadres séparateurs, la conductivité
LÉGENDE CM: Membranes échangeuses de cations AM: Membrane échangeuses d’anions D: Compartiment de diluat K: Compartiment de concentrat e1-e2: Compartiments d’électrolyte
20
électrique du produit traité et finalement, les caractéristiques intrinsèques des membranes qui sont le
cœur du procédé (résistance, perméabilité sélective aux ions, etc.) ( Bazinet & Castaigne, 2011).
1.3.3.2 Membranes d’électrodialyse
Trois types de membranes peuvent être utilisés en électrodialyse : les membranes monopolaires,
les membranes bipolaires (MBs) et les membranes de filtration (MFs).
1.3.3.2.1 LES MEMBRANES MONOPOLAIRES ET LEURS APPLICATIONS
Les membranes monopolaires sont des membranes échangeuses d’ions qui sont très utilisées dans le
procédé d’électrodialyse. Elles sont appelées monopolaires, car elles ne laissent passer qu’un seul un type
d’ion : les anions (Membranes échangeuses d’anions (MEA)) ou les cations (Membranes échangeuses de
cations (MEC))( Bazinet & Castaigne, 2011). Elles sont génériquement appelées membrane échangeuse
d’ions (MEIs). Voici les principales propriétés de ce type de membrane (Mikhaylin, 2015) :
Haute permsélectivité, c’est-à-dire que ce type de membrane est très perméable aux contres-ions
ou aux contres-ions spécifiques.
Haute perméabilité sous l’effet d’une force motrice tel qu’un gradient de potentiel.
Bonne stabilité chimique (stable pour une large gamme de pH et stable lorsqu’il y a présence
d’agents oxydants)
Bonne stabilité mécanique (stable aux actions mécaniques et à un faible degré de gonflement et
de rétrécissement lorsqu’il y a une transition d’une solution ionique diluée à concentrée.
Uniformité et planéité sur toute l’aire de la membrane
Bonne durabilité
Coût raisonnable
La principale différence entre les MEAs et MECs est la charge des groupes chargés fixés à la
membrane. En effet, les MECs sont chargés négativement, ce qui a pour conséquence de laisser passer
les cations et de repousser les anions. Les groupes chargés fixés sur les MECs sont principalement sous
forme de –PO32-, -SO3
-, -PO3H-, etc (Bazinet & Castaigne, 2011; Mikhaylin, 2015). Pour les MEAs, le principe
reste le même : les groupes ioniques fixés aux MEAs sont chargés positivement ce qui a pour conséquence
21
de laisser passer les anions et de repousser les cations Les principaux groupes fixés sur les MEAs sont –
NH3+, -NR3
+, -PR3+, -NRH2
+, etc (Bazinet & Castaigne, 2011; Mikhaylin, 2015). Il existe plusieurs applications
industrielles de l’électrodialyse avec membranes monopolaires comme par exemple, la déminéralisation
de l’eau de mer, qui est la principale utilisation, le traitement des eaux usées provenant des industries
métallurgiques, la concentration d’acide organiques, la déminéralisation de solutions salées contenant
des substances organiques telles l’acide lactique et la glutamine, le traitement des déchets, l’utilisation
en industrie alimentaire telle la déminéralisation du lactosérum (Bazinet, 2016; Huang, Xu, Zhang, Xue, &
Chen, 2007; Mikhaylin, 2015; Nagarale, Gohil, & Shahi, 2006; Strathmann, 2010).
1.3.3.2.2 LES MEMBRANES BIPOLAIRES ET LEURS APPLICATIONS
Les membranes bipolaires (MBs), quant à elles, sont composées de trois couches : une couche
cationique, une couche anionique et finalement une couche hydrophile à leur jonction (Interface
hydrophile). Sous l’effet d’un champ électrique, les MBs vont permettre la génération de H+ et de OH- par
dissociation des molécules d’eau, au niveau de la jonction hydrophile entre les 2 couches (Mikhaylin,
2015). Les membranes bipolaires doivent respecter plusieurs exigences pour qu’elles soient utilisées en
industrie alimentaire : faible résistance électrique à une densité de courant élevée, haut taux de
dissociation de l’eau, bonne stabilité chimique et thermique en présence d’acides et de bases fortes,
grande sélectivité d’ion et faible transport des co-ions (Bazinet, Lamarche, & Ippersiel, 1998).
Dépendamment de la méthode de fabrication, la plupart de ses exigences peuvent être respectées
(Bazinet et al., 1998; Mikhaylin, 2015).
Il y a aussi plusieurs applications industrielles de l’électrodialyse avec membranes bipolaires, par
exemple, la production d’acides organiques, la production d’agents nettoyants, la valorisation des déchets
et de nombreuses applications potentielles en industrie alimentaire telle la précipitation des caséines
couplé à un module d’ultrafiltration afin d’éviter le colmatage, et l’électroacidification pour la séparations
des protéines de soya et l’inhibition des réactions enzymatiques du jus de pomme (Bazinet et al., 1997;
Bazinet & Castaigne, 2011; Huang & Xu, 2006; Mikhaylin, 2015). La première utilisation des membranes
bipolaires a été pour la production de chlore et de soude (Bazinet et al., 1998). En appliquant le procédé
d’électrodialyse avec MBs, une solution aqueuse salée comme le NaCl peut se transformer en base
comme le NaOH et en acide comme le HCl (Bazinet et al., 1998) (Figure 8). De plus, Lam Quoc & al (Lam
22
Quoc et al., 2006) ont démontré qu’il était possible de rendre le jus de pomme non clarifié plus stable
après une acidification par l’électrodialyse avec membrane bipolaire et anionique combinée à un
traitement de chaleur à intensité moyenne. Dans cette application, le jus a été placé dans le compartiment
qui recevait les H+ de la membrane bipolaire en plus d’avoir une recirculation du côté des OH- pour faire
en sorte que le pH puisse monter jusqu’au pH initial (Lam Quoc et al., 2006).
Figure 8. Production d'acide et de base au sein d'une cellule électrodialytique. CEM:membrane échangeuse de cations. BPM: membrane bipolaire. AEM: membrane échangeuse d'anions (Bazinet et
al., 1998)
1.3.3.2.3 LES MEMBRANES DE FILTRATION ET LEURS APPLICATIONS
Les membranes de filtration, quant à elles, créent une sélection selon le poids moléculaire des
composés présents dans les solutions. Plusieurs types de MFs (Microfiltration, ultrafiltration,
nanofiltration) peuvent être intégrés dans une cellule d’électrodialyse à la place d’une MEI (Bazinet &
Castaigne, 2011). En effet, selon la membrane, les composés ayant un poids moléculaire plus élevé que
le seuil de coupure de la membrane sont retenus. Seuls les composés chargés ayant un poids moléculaire
plus faible que le seuil de coupure vont traverser la membrane, ce qui crée une séparation des composés
(Bazinet & Castaigne, 2011). L’électrodialyse avec membrane de filtration (EDMF) a été développée et
brevetée par Bazinet et al. (Bazinet, Amiot, Poulin, Labbé, & Tremblay, 2005). Récemment, ce procédé a
23
été utilisé, entre autre, pour le fractionnement de peptides bioactifs, l’enrichissement en anthocyanes du
jus de canneberge, retirer les métaux lourds provenant des déchets aqueux industriels et plus (Barakat,
2011; Husson et al., 2013; Roblet et al., 2016).
1.3.3.3 Désacidification des jus de fruits par électrodialyse
Plusieurs études portent sur la désacidification par électrodialyse de jus de fruits tels le jus de fruit
de la passion. Une des premières études sur la désacidification par électrodialyse de jus consiste en la
désacidification de solutions d’acide citrique par Voss en 1986 (Voss, 1986) pour que son étude soit
éventuellement appliqué à des jus d’agrumes. Cet auteur a testé trois configurations différentes dont une
avec membrane bipolaire. Sa configuration avec MEAs et MECs était celle avec la meilleure efficacité de
courant, mais du citrate de sodium est récupéré à la fin en plus d’utiliser de l’hydroxyde de sodium (Voss,
1986). La configuration avec membrane bipolaire avec une efficacité de courant moindre n’a pas créer
d’hydroxyde de sodium et de l’acide citrique est récupéré à la fin (Voss, 1986).
Le jus de fruits de la passion a fait l’objet d’une étude en 2002 par Calle et al. visant à tester
différentes méthodes de désacidification : résine échangeuse d’ion, précipitation de sel de calcium, ED
conventionnelle et EDMB (Calle et al., 2002). Selon les résultats de l’étude, la méthode avec la
précipitation au sel de calcium et l’EDMB sont les méthodes qui ont donné de meilleurs résultats au niveau
physicochimique et sensoriel (Calle et al., 2002). Dans une autre étude portant sur le jus de fruit de la
passion, le jus était soumis à des prétraitements avant la désacidification par ED et EDMB (Vera, Calle et
al., 2009) et le résultat final consistait seulement à augmenter le pH des jus.
Pour désacidifier le jus de canneberge, il faut penser à augmenter le pH, mais il faut surtout penser
à diminuer la quantité d’acides organiques puisque ce sont ces acides organiques qui sont responsable de
l’acidité du jus de canneberge. Un premier essai de désacidification du jus de canneberge a été fait par
Rozoy et al (Rozoy, Boudesocque, & Bazinet, 2015). Le procédé effectué se faisait en deux étapes
distinctes (deux procédés d’électrodialyse). La première étape consistait à diminuer la quantité d’acides
dans le jus et la deuxième étape était de réduire le pH jusqu’à sa valeur initiale pour ne pas affecter les
propriétés des jus (Rozoy et al., 2015).
24
Serre et al. ont testé récemment l’électrodialyse du jus de canneberge en une seule étape avec
plusieurs configurations et différents types de membranes (Serre, Rozoy, et al., 2016). De plus, le jus a été
placé dans le compartiment recevant les OH- produit par la membrane bipolaire. L’apport des OH- dans
le compartiment du jus sont essentiels pour la migration des acides organiques à travers la membrane
échangeuse d’ions. En fait, cela va jouer l’équilibre chimique des acides organiques afin de produire des
formes anioniques d’acides organiques (Serre, Rozoy, et al., 2016). La meilleure configuration était la
suivante (Figure 8):
Figure 9. Configuration utilisée pour la désacidification du jus de canneberge
La Figure 9 ci-dessus démontre les réactions qui se produisent lors de l’électrodialyse. En effet,
sous l’effet du courant, les acides organiques migrent dans la solution de récupération, (solution de KCL
dans le compartiment C1), à travers la membrane anionique(AEM), alors que le jus reçoit les OH- créés
par la membrane bipolaire (MB). Les résultats ont démontré que cette configuration d’électrodialyse
permet de désacidifier le jus à 40% après trois heures et à 80% après 6 heures (Serre, Rozoy, et al., 2016).
Aussi, cette configuration a permis d’apporter une sélectivité quant à la migration des acides organiques.
Les acides organiques qui migrent le plus rapidement sont l’acide malique et l’acide citrique. L’acide
quinique commence à migrer légèrement après 3 heures de traitements. Il serait important pour
l’optimisation de cette configuration de porter une attention particulière à la migration de cet acide
organique puisque l’acide quinique doit demeurer le plus possible dans le jus. En effet, selon Shui et Leong
(Shui & Leong, 2002) et Flores, Hellin & al (Flores, Hellín, & Fenoll, 2012), l’acide quinique est
25
caractéristique du jus de canneberge et c’est cet acide qui permet de détecter si le jus a été altérer ou
non (Flores et al., 2012; Shui & Leong, 2002).
Serre et al. (2016) ont de plus récemment démontré que la désacidification du jus de canneberge
pouvait potentiellement créer une diminution de l’inflammation intestinale comparativement au jus de
canneberge non désacidifié (Serre, Boutin, et al., 2016). En effet, des essais in-vitro ont été effectués sur
des cellules Caco-2 pour mesurer l’intégrité des cellules après consommation de jus de canneberge
désacidifié à différents pourcentages (Simulation de la digestion en 3 étapes : orale, gastrique et
intestinale) (Serre, Boutin, et al., 2016). Selon cette étude, il faut une désacidification de 37% pour avoir
une augmentation de l’intégrité des cellules Caco-2 de 56% par rapport au jus brut (Serre, Boutin, et al.,
2016). En ayant une telle augmentation de l’intégrité des cellules, le jus de canneberge désacidifié a donc
un grand potentiel sur le marché de par la diminution des effets secondaires qui pourraient être observés
chez les consommateurs et de par son goût amélioré.
1.3.3.4 Limites
La limite la plus importante de l’électrodialyse est la formation de la concentration de polarisation
(CP). La CP est formée lorsque la concentration en ions d’un côté de la membrane est élevée dû à leur
transport qui vient de s’effectuer au travers la membrane et lorsque la concentration en ions de l’autre
côté de la membrane diminue suite au transport des ions à travers la membrane pour changer de
compartiment. D’un côté de la membrane, le compartiment s’appauvrit en ions, tandis que l’autre
s’enrichit en ions (Figure 10) (Mikhaylin, 2015; Mishchuk, Verbich, & Gonzales-Caballero, 2001). La
différence en concentration de chaque côté crée ainsi une couche de diffusion limite. Dans cette couche,
le moyen de transport est la diffusion, ce qui diminue les performances du procédé au augmentant la
résistance du système (Mikhaylin, 2015; Mishchuk et al., 2001). De plus, cela fait augmenter la
consommation énergétique et peut créer de la sédimentation aux surfaces des membranes lorsque les
solutions sont sensibles aux changements de pH.
26
Figure 10. Phénomène de concentration de polarisation. DBL: couche de diffusion limite. J: Flux. C: profil de la concentration en ion
Une deuxième limite à ne pas négliger est le colmatage à la surface des membranes ou à l’intérieur
de celle-ci. Le colmatage engendre des conséquences tels que l’augmentation de la résistance électrique
du système, l’altération des membranes, une diminution de la permsélectivité et une augmentation des
coûts reliés au procédé d’ED jusqu’à 47% par les nettoyages et remplacements de membranes plus
fréquents (Mikhaylin, 2015). Plusieurs possibilités existent pour contrer le phénomène de colmatage et
par le fait même, augmenter la performance du procédé d’électrodialyse : 1) modifications des
membranes, 2) appliquer des procédés de nettoyage avec différents agents nettoyants, 3) appliquer des
prétraitements aux membranes, 4) actions mécaniques aux membranes et 5) changer le régime du
procédé d’électrodialyse par le contrôle des conditions hydrodynamique, l’application d’une polarité
inverse dans l’électrodialyse, l’application de champs électriques pulsés ou l’application d’un régime au-
delà du courant limite (Mikhaylin, 2015).
Que ce soit pour la CP ou le colmatage, plusieurs études prometteuses ont été faites avec les
champs électriques pulsés pour diminuer ces deux problématiques.
27
1.3.3.5 Électrodialyse sous champs électriques pulsés
1.3.3.5.1 DÉFINITION
Le champ électrique pulsé (CÉP) consiste à appliquer un courant (pulsation) pendant une durée
donnée (Ton) suivi d’un arrêt du courant (une pause) pendant une durée donnée (Toff) de manière
consécutive pendant un temps donné. La figure 11 ci-dessous représente bien la différence entre le
courant constant et le CÉP.
Figure 11. Représentation du champ électrique pulsé et d'un courant constant (Mikhaylin, 2015)
Les avantages du CÉP sont les suivants (Mikhaylin, 2015):
Réduction du colmatage
Augmente l’efficacité du courant par la diminution des phénomènes de polarisation de la
concentration qui engendre une diminution de la dissociation de l’eau, et augmente l’efficacité de
l’électrodialyse.
Équipements simples, ce qui rend l’intégration aux systèmes existants très facile.
1.3.3.5.2 UTILISATIONS RÉCENTES
La plupart des études sur les CÉP avaient pour but de réduire la concentration de polarisation ou les
différents types de colmatage. Casademont (2009) a utilisé des membranes échangeuses d’ions et a
prouvé qu’il est possible d’augmenter le taux de déminéralisation de solutions modèles laitières de 25%
28
avec le champ électrique pulsé (Casademont et al., 2009). De plus, il a pu réduire considérablement le
colmatage minéral des MECs et le colmatage protéique des MEAs (Casademont, 2008). Pour pousser plus
loin les connaissances des CEPs, Cifuentes-Araya et al. ont étudié le contrôle du colmatage de MEIs et les
CÉPs avec des solutions modèles (Cifuentes-Araya, 2012). Durant leurs recherches, les auteurs ont testé
différentes conditions de champs électriques pulsés et la meilleure condition pour limiter le colmatage
était 10sec/30sec (Ton/Toff)(Cifuentes-Araya, 2012). Cependant, ce n’était pas le meilleur ratio pour
améliorer la performance d’électrodialyse. Les conditions ayant un effet positif sur la performance
d’électrodialyse sont celles ayant un temps de pause de 10 à 50% du temps de pulsation(Cifuentes-Araya,
2012). Mikhaylin et al. (Mikhaylin, Nikonenko, Pismenskaya, et al., 2016; Mikhaylin, Nikonenko, Pourcelly,
& Bazinet, 2014) ont démontré qu’il est possible d’éliminer complètement le colmatage minéral sur les
AEMs et de contrôler ce colmatage pour les CEMs lorsqu’il y a application d’un champ électrique pulsé à
courtes durées d’impulsion/pause en plus d’améliorer les performances d’ED. Il ont aussi démontré qu’il
est possible d’appliquer les CÉP sur un système comprenant une ou plusieurs membranes bipolaires
(Mikhaylin, Nikonenko, Pismenskaya, et al., 2016; Mikhaylin et al., 2014). Leurs études ont été effectuées
avec des solutions modèles de magnésium ou de calcium et pour la première fois, des essais EDMB avec
CÉPs ont été effectués sur une matrice alimentaire : du lait écrémé (Mikhaylin, 2015; Mikhaylin,
Nikonenko, Pourcelly, & Bazinet, 2016). Mikhaylin et al. ont proposé dans cette étude de coupler
l’ultrafiltration (UF) à EDMB, ce qui a permis de prévenir complètement les précipitations de caséines à
l’intérieur de la cellule et ainsi améliorer l’efficacité du procédé (Mikhaylin et al., 2016). De plus,
l’application des PEFs a permis d’inhiber la formation de colmatage minéral et la fuite des ions OH-, ce qui
permet d’augmenter la durée de vie des membranes utilisées (Mikhaylin et al., 2016).
29
Chapitre 2 : But, hypothèse et objectifs
30
31
2.1 But et Hypothèse
Le but de cette étude est d’appliquer le principe des champs électriques pulsés en électrodialyse
sur le jus de canneberge afin de rendre ce procédé électrodialytique plus efficace énergétiquement tout
en diminuant la concentration des acides organiques et rendre le jus plus doux à la consommation.
L’hypothèse est donc la suivante :
Les caractéristiques des CEPs (temps de pulsation et temps de pause) appliquées au cours de la
désacidification du jus de canneberge par EDMB influent sur l’efficacité énergétique tout en conservant les
composés procurant un effet bénéfique sur la santé humaine.
2.2 Objectifs
Afin de répondre à cette hypothèse, plusieurs objectifs seront réalisés :
1. Étudier l’impact des différentes conditions de CÉPs sur le pourcentage de désacidification du jus
de canneberge
2. Caractériser l’impact des PEFs sur la composition des jus dans les différentes conditions
3. Évaluer l’impact des PEFs sur les paramètres électrodialytiques et la consommation énergétique
32
Chapitre 3: Optimization of Cranberry Juice Deacidification by Electrodialysis with Bipolar Membrane: Impact of Pulsed Electric Field
Conditions
33
34
Résumé
La canneberge est bien reconnue pour les effets bénéfiques qu’elle peut apporter à la santé
humaine. Cependant, la consommation de jus de canneberge est limitée car le jus a une grande acidité
(teneur élevée en acides organiques) qui cause des effets secondaires tels la diarrhée, des vomissements
et ballonnements. Par conséquent l’acidité du jus de canneberge doit être réduite pour améliorer la
palatabilité du jus et diminuer les effets secondaires dus à sa consommation. La désacidification des jus
par électrodialyse conventionnelle (DC) et électrodialyse avec membranes bipolaires (EDMB) par
application d’un courant direct et continu s’est montrée efficace en comparaison avec les autres
méthodes de désacidification telles les résines échangeuses d’ions et la précipitation au sel de calcium.
L’objectif global de cette étude est d’appliqué les champs électrique pulsés (CÉPs) pendant l’électrodialyse
avec membranes bipolaires pour désacidifier le jus de canneberge efficacement énergétiquement parlant.
Le CÉP consiste à appliquer un courant (Ton) et une pause de courant (Toff) pendant un temps donné
consécutivement. Neuf conditions différentes ont été testées: 10s/2s, 1s/0.1s, 10s/0.1s, 6s/2s, 10s/1s,
2s/2s, 1s/1s, 6s/0.1s, 6s/1s. La désacidification du jus de canneberge a été 15% plus rapide avec les
conditions de CÉPs de 1s/1s et 2s/2s en comparaison avec la désacidification à courant direct et continu
et les autres combinaisons de pulse-pause. Pour ces 2 conditions, les migrations d’acide citrique et d’acide
malique étaient plus rapides, ce qui a engendré un taux plus important de désacidification. Pour la
première fois, l’efficacité d’appliquer du CÉP dans la désacidification de jus a été démontrée.
L’électrodialyse avec membranes bipolaires pourrait être une méthode alternative verte et durable pour
désacidifier des jus de fruits tout en préservant leurs caractéristiques organoleptiques et physico-
chimiques.
35
36
Abstract
Cranberry is well recognized for its beneficial effects on human health, but the consumption of
cranberry juice is limited due to its high acidity (high organic acid contents) which is the cause of
undesirable side effects such as diarrhea, vomiting and bloating. Therefore, the acidity should be reduced
to improve the palatability of the juice and to decrease the side effects. The deacidification of juices by
conventional electrodialysis and electrodialysis with bipolar membranes (EDBM) with direct current (DC),
has been shown to be very effective in comparison with chemical methods such as calcium salt
precipitation or ion-exchange resin. Therefore, the aim of the present study is to evaluate the impact of
applying pulsed electric field (PEF) during EDBM on the deacidification of cranberry juice and
electrodialytic parameters. The PEF procedure consists of introducing to the process an electric pulse and
a pause consecutively for a given time. PEF presents a lot of advantages such as reducing clogging and
increasing current efficiency. Nine different pulse/pause combinations were tested: 10s/2s, 1s/0.1s,
10s/0.1s, 6s/2s, 10s/1s, 2s/2s, 1s/1s, 6s/0.1s, 6s/1s. The deacidification of cranberry juice was about 20%
faster with PEFs for 1s/1s and 2s/2s conditions in comparison with deacidification in DC condition. In both
PEF conditions, the migration of citric and malic acid was faster, thus producing a more important rate of
deacidification. It’s the first time that the efficiency of applying PEF for the deacidification of fruit juice
was demonstrated. EDBM under PEF would be a green and sustainable alternative process to deacidify
fruit juice and to preserve its organoleptic characteristics.
37
38
3.1. Introduction
The cranberry, Vaccinium Macrocarpon, has always had an important place in North American’s
lifestyle throughout history (Howell, 2012). In Quebec, the production volume of cranberry is ranked third
in the world. This fruit is known for its high content in polyphenolic compounds such as anthocyanins and
proanthocyanidins (PACs) (Bazinet et al., 2012). Several studies have demonstrated a positive effect of
cranberries consumption on the prevention of urinary tract infection by reducing Escherichia coli adhesion
to vaginal epithelial cells (Raz et al., 2004; Vasileiou et al., 2013). More recently, some authors observed
beneficial effects of cranberry on the prevention of gastric ulcers, cardiovascular diseases and dental
plaque (Howell, 2012; Howell et al., 2005, 2010). For all its positive properties, cranberry is considered as
a functional food.
However, this fruit contains high levels of organic acids such as quinic , malic , citric and succinic
acids which are responsible for the high acidity and its organoleptic properties (Bazinet et al., 2012).
Clinical studies on cranberry juice consumption showed that about 30% of withdrawals were mostly due
to discontent with the palatability of the juice and also to the potential appearance of intestinal disorders
in certain subjects (Mcmurdo et al., 2005; Takahashi et al., 2013; Vasileiou et al., 2013; Wing et al., 2008).
In order for the consumers to appreciate cranberry juice and its health benefits, the high content of
organic acid should be reduced to improve organoleptic quality of the product and to decrease
undesirable effects.
Chemical method like calcium salt precipitation or ion-exchange resin have been studied to extract
organic acids from fruit juice (Vera et al., 2009). Nevertheless, these processes changed the taste of the
final product, used a lot of chemical agents and produced high level of effluents (Vera et al., 2009).
Electrodialysis (ED), an electromembrane process, is based on the migration of charged species through
an ion exchange membrane under an electric field (Mikhaylin, 2015). This method has been used to
separate, purify and concentrate bioactive compounds such as anthocyanins, proanthocyanidins,
antioxydants and phenolic compounds(Bazinet et al., 2012; Bazinet & Castaigne, 2011; Husson et al.,
2013). Serre et al (2016) studied the deacidification of cranberry juice by ED process with bipolar
membranes under DC current conditions. A 80% of deacidification rate was obtained after 6h of ED
39
treatment (Serre et al., 2016). Also, ED is known as an environmentally-friendly process since there is no
addition of chemical agents and no production of effluents as in other deacidification procedures such as
chemical methods and ion-exchange resin (Vera et al., 2009). However, the major problem of this process,
as for call membrane processes, is membrane fouling. Actually, this phenomenon decreases the
performance of the process causing an increase in energy consumption.
Pulsed electric fields were recently proposed in ED to reduce membrane fouling and to increase
the performance of the process(Mikhaylin, 2015). Casademont et al. studied the effect of PEF with a
Ton/Toff of 10s/40s on ED of model salt solutions containing whey proteins (Casademont et al., 2009).
They found that ED coupled with PEF comprising an additional separated recovery compartment in the
cell configuration increased the demineralization rate while ED with PEF without a separated recovery
compartment coupled reduced mineral fouling (Casademont et al., 2009). Cifuentes-Araya et al. studied
the impact of two PEF’s ratios on membrane fouling and performance of electrodialysis on model salt
solutions, and a PEF ratio of 1 (Ton/Toff: 10s/10s) was the most optimal, leading to higher demineralization
performance, lower fouling and lower energy consumption (Cifuentes-araya, Pourcelly, & Bazinet, 2011).
Mikhaylin et al. also showed that PEFs with lower pulse and pause combinations decreased membrane
scaling (mineral fouling) and increased the demineralization performance of the electrodialysis of model
solution (Mikhaylin et al., 2014). Very recently, Mikhaylin et al. performed a hybrid PEF-ED with bipolar
membranes process to produce caseins with improved quality and no protein fouling and less scaling in
the ED stack (Mikhaylin, Nikonenko, Pourcelly, et al., 2016).
In this context, the main goal of the present project is to study the impacts of using pulsed electric
fields on the EDBM process parameters used for cranberry juice deacidification while preserving or not
the cranberry juice’s characteristics and avoiding membrane fouling. The objectives of this current study
are: 1) to deacidify cranberry juice in different pulse/ pause combinations of PEFs and to analyze its
physico-chemical characteristics (pH, conductivity, titratable acidity, concentration of organic acids,
proanthocyanidins and, anthocyanins) and 2) to compare the efficiency of all these combinations of PEF
modes to conventional continuous current mode in terms of process parameters and membrane fouling.
40
3.2. Materials and Methods
3.2.1 Cranberry Juice and chemicals
3.2.1.1 Cranberry Juice
All experiments were carried out with the same batch of pasteurized and clarified cranberry juice
produced from fresh fruits (Fruit d’Or, Notre-Dame-de-Lourdes, Québec, Canada). This raw juice was
stored at -30°C and thawed at 4°C before each experiment. The physico-chemical characteristics of the
raw juice are presented in Table 4.
Tableau 4.Physico-chemical characteristics of the raw cranberry juice
3.2.1.2 Chemicals
A 20g/L NaCl solution was used in the electrode rising compartments, while 2g/L KCl solution were used
in the acid recovery compartment. Solutions were prepared with NaCl and KCl (Fisher, Waltham, USA) and
distilled water just before the experiments. A 0.1M NaOH solution, prepared from NaOH pellets
(Anachemia, Rouses Point, USA) and distilled water, was used for titratable acidity analysis of juice and
KCl acid recovery solution. The KCl, NaOH and NaCl used was of chemical grade. Standards used for the
determination of organic acids content came from Sigma Company (Saint-Louis, MO, USA)
pH 2.5 ± 0.04
Total soluble solids (°Brix) 7.0 ± 0.2
Titratable acidity (mL of NaOH to obtain a pH of 8.2) 13.9 ± 0.5
Conductivity (mS/cm) 2.9 ± 0.1
Total proanthocyanidins (ppm) 360.5 ± 17.5
Anthocyanins (ppm)
Cynanidin-3-galactoside 29.9 ± 1.3
Cynanidin-3-glucoside 0.9 ± 0.04
Cynanidin-3-arabinoside 29.6 ± 1.2
Peonidin-3-galactoside 41.8 ± 1.7
Peonidin-3-glucoside 3.0 ± 0.1
Peonidin-3-arabinoside 22.3 ± 1.0
Organic Acids (ppm)
Quinic acid 10166 ± 500
Citric acid 11798 ± 632
Malic acid 7793 ± 426
41
3.2.2 Statistical design
Since no information were available in the literature concerning deacidification under PEF
conditions with bipolar membranes, a surface response experiment was used to identify an optimum or
a region of interest without performing a great number of conditions (Pukelsheim, 2006). The statistical
criteria used to generate the statistical design are shown on Figure 12. All the conditions of pulsed electric
field to be tested in this experiment were determined by a program created with SAS (Optex), in order to
reach a sufficient statistical power ; the D-efficiency coefficient must be minimized to obtain a small
variances of the estimations and thus, a greater precision (Pukelsheim, 2006). The conditions generated
are different combinations of pulse and pause in seconds. The pulse duration was set between 1 and 10
seconds and the pause duration between 0.1 and 2 seconds based on the most recent studies carried-out
on PEF to reduce fouling or obtain higher demineralization rate during ED (Cifuentes-araya et al., 2011;
Mikhaylin et al., 2014; Sistat et al., 2015)
Figure 12.Parameters of the statistical program used to determine the condition
Therefore, the Optex program determined the best 9 combinations (Figure 13a) to cover a maximal
surface within the maximal pause and pulse set and to have a great precision (Figure 13b).
42
b)
Figure 13. A) Graph representing the surface area covered by the program and B) coefficients results
3.2.3 Electrodialytic configuration and deacidification protocol
3.2.3.1 Electrodialytic configuration
The electrodialysis cell was an MP type cell (ElectroCell AB, Täby, Sweden) with an effective
membrane surface of 100 cm2. The configuration used for all the conditions included three bipolar
membranes (BP-1, Tokuyama Soda Ltd, Tokyo, Japan) and two anion-exchange membrane (AMX-SB,
Tokuyama Soda Ltd, Tokyo, Japan) (Figure 14) to create three closed loops.
a)
43
Figure 14. Electrodialytic configuration, where C1=recovery compartment, C2=electrode rising compartment, AEM= anion exchange membrane, BM= bipolar membrane
The bipolar membranes allow the production of H+ in the organic acid recovery compartment (KCl) while
the anion exchange membrane allows the migration of the organic acids. Each membrane was separated
by a polypropylene spacer and two rubber seals. Also, food grade stainless steel cathode and
dimensionally stable anode (DSA-02) were used. Cranberry juice, recovery solution and electrolyte
solution were circulated by three centrifugal pumps and the flow rates controlled by flow-meters (Aalborg
Instruments Controls, Inc, Orangeburg, USA).
3.2.3.2 Deacidification Protocol
The solutions used for all the conditions are cranberry juice (800 mL), a KCl solution (2g/L, 800mL)
in the recovery compartment (C1) and a NaCl solution (20g/L, 1000mL) in the electrode rising
compartments (C2). This protocol was executed at room temperature. Although, the temperature of the
solutions increased at about 37°C since there was no cooling system. The flow rates of cranberry juice and
recovery solution were both maintained at 800mL/min and at 1000mL/min for the electrolyte solution. A
constant electric field of 7.5 V was applied for all the experiments using a Xantrex power supply (model
HPD 60-5, Vancouver, BC, Canada) and a modified Pulsewave (Bio-Rad Pulsewave 760, British Columbia,
44
Canada) to control the duration of pulses and pauses. The experiments were carried out at room
temperature. Ten conditions were tested: the nine PEF conditions determined by the Optex program as
well as one control (continuous current). The control treatment was based on previous results by Serre et
al (2016) who were the first to demonstrate the efficiency of deacidification of cranberry juice by bipolar
membrane ED; this treatment was performed at a constant voltage without PEF during 4 hours(Serre,
Boutin, et al., 2016). The durations of ED treatments in PEF modes were different, ranging from 4 h to 6
h, depending on the PEF pulse/pause combination. The pH, titratable acidity and conductivity were
measured just after starting the experiment and during the experiments at 30 min, every hour and at the
end of the experiment. Samples of cranberry juice and organic acid recovery solution were collected at
the beginning, every hour during the treatment and at the end of the treatment. The samples were frozen
at -30°C until analyses were performed. The analysis of PACs and anthocyanin contents were performed
on samples at t=0 and t=end, while the organic acid contents (the main parameter to be considered for
deacidification) were measured on each recovered sample.
3.2.5 Analyses
3.2.5.1 Physicochemical characteristics of cranberry juice and acid recovery solutions
3.2.5.1.1 PH
The pH of the cranberry juice and recovery solutions were measured using a pH-meter model
SP20 (VWR Symphony, Thermo Orion West Chester, PA, USA).
3.2.5.1.2 TITRATABLE ACIDITY
The titratable acidity was performed during the experiment by titrating, with NaOH 0.1M, 4 mL of
solution (Cranberry juice or recovery solution) in 40 mL of distilled water until pH 8.2 (AOAC method no.
942.15). The results of titratable acidity were expressed in mL of NaOH used to reach a pH of 8.2.
45
3.2.5.1.3 CONDUCTIVITY
The conductivity of the cranberry juice and recovery solutions were measured using an YSI
conductivity meter (Model 3100, Yellow Springs Instruments, Yellow Springs OH, USA) equipped with a
YSI immersion probe that has a cell constant K of 1 cm-1 (Model 3252).
3.2.5.1.4 ANTHOCYANIN CONTENT
Prior to analysis, samples were filtered with a 0.45 µm filter. Only 0,5 mL were injected in HPLC
system (Agilent 1100 series, Agilent technologies) equipped with a diode array detector (Lee,2004)(Lee,
Finn, & Wrolstad, 2004). The individual anthocyanin content were analyzed with a Luna 5 µm C18 column
(2*250mm, Phenomex, Torrance, CA, USA) at a wavelength of 520 nm (Wrolstad, 2004). Two solvents
were used for elution at 1mL/min: Solvent A: 100% acetonitrile, Solvent B : acetic
acid/acetonitrile/phosphoric acid (10%/5%/1%). Final anthocyanin contents were expressed in ppm.
3.2.5.1.5 PROANTHOCYANIDIN CONTENT
As for anthocyanin content analysis, samples were filtered with a 0.45µm filter. An Agilent 1100
series HPLC system equipped with a fluorescence detector (Waters, model 474, Milford, CA,USA) was
used according to the method of Khanal et al(Khanal, Howard, Brownmiller, & Prior, 2009). As previously,
only 0,5 mL of cranberry juice or recovery solution were injected in a Luna 5 µm silica column (3*150 nm,
Phenomex, Torrance, CA, USA) at a wavelength of emission of 321 nm and 230 nm for excitation. Two
solvents were used: Solvent A (dichloromethane/methanol/acetic acid/water (82%/14%/2%/2%)) at
0,65mL/min and Solvent B (methanol/acetic acid/water (96%/2%/2%)) at 0,65mL/min. The content of
each proanthocyanidin were expressed in ppm.
3.2.5.1.6 ORGANIC ACID CONTENT
Organic acid content determination in cranberry juice and recovery solution required their
extraction by solid phase extraction (SPE) using C18 cartridges (non endcapped 6 mL, 500 mg, Silicycle,
Québec city, QC, Canada). The cartridges were conditioned first with methanol (5mL), and washed with
distilled water (5mL) and acetonitrile/water (50 v/v) solution. After the cartridges were dried, 10 mL of
sample were dropped in the cartridges. Only 5 mL were kept for HPLC analysis. The organic acid analysis
46
was performed based on the AOAC method no. 986.13. The HPLC system (Waters system, Milford, MA,
USA) was equipped with an UV detector (Waters, model 966) and set at a wavelength of 214 nm. The
separation of organic acids was done at a flow rate of 0.8 mL/min in a Synergi Hydro-Pro column
(250mm*4mm, Phenomemex, Torrance, CA, USA) using a mobile phase composed of a 0.2 M (v/v) KH2PO4
(pH 2.4). The organic acid contents were expressed in ppm.
3.2.5.2 Charges transported and relative energy consumption (Bazinet & Castaigne, 2011)
3.2.5.2.1 NUMBER OF CHARGES TRANSPORTED
𝑄 = ∫ 𝐼 ∗ 𝑡𝑡=𝐸𝑛𝑑
𝑡=𝑜
𝑑𝑥
Where Q the number of charges transported (in Coulombs(C)), I the current intensity (in A), t the duration
of the experiment (in s) and t=End the time at the end of each conditions (in s)
3.2.5.2.2 RELATIVE ENERGY CONSUMPTION (REC)
𝑅𝐸𝐶 =
(𝑄 ∗ 𝑈)3600
⁄
𝑂𝐴𝑇𝑜𝑡1000 ∗ 0.80
Where REC the relative energy consumption (in Wh/g of organic acid transported), Q the number of
charges transported (in C), U the voltage applied (in V), OATot the total content of organic acids (sum of
citric, malic and quinic acids) at the end of treatment in KCl (in ppm) and 0.8 the volume of KCl recovery
compartment (in L). This theoretical method for calculating the relative energy consumption was already
reported and used by Cifuentes-Araya during the demineralization of a salt model solution with PEF
(Cifuentes-araya et al., 2011). Furthermore, the REC was calculated for each condition tested in this study
by recording in live the curves of the pulses/pauses, so that the theoretical curves could be compared
with experimental ones. Sistat and al. (2015) also measured the pulse and the pause experimentally. In
the present study, a good agreement was observed between the theoretical and experimental values as
seen in Sistat and al (Sistat et al., 2015).
47
3.2.5.3 Statistical analyses
The data were subjected to an analysis of variance (ANOVA). Treatments were compared using
Dunnett’s test at α=0.05 for the analysis of titratable acidity and organic acid content, and using Tukey’s
test at α=0.05 for all the other analyses performed on the samples.
3.3 Results and Discussion
3.3.1 Overall Results
Since durations and number of charges transported during the deacidification process were
different due to the use of pulsed electric field and DC current conditions (Table 5), the further comparison
of results was based on the number of charges transported as already done by many authors working
with PEF (Casademont et al., 2009; Cifuentes-araya et al., 2011; Ruiz, Sistat, Huguet, Araya-farias, &
Bazinet, 2007; Suwal, Amiot, Beaulieu, & Bazinet, 2016).
Tableau 5. Final deacidification rate and number of charges transported obtained for each pulsed electric field combination conditions and for the direct current control
Condition # Pulse (s)
Pause (s)
Final Time (min)
Averaged Charges Transported (C)
Averaged Deacidification rate (%)
1 10.0 2.0 280 3758 46.9
2 1.0 0.1 262 3908 46.2
3 10.0 0.1 243 3943 45.7
4 6.0 2.0 300 3726 47.7
5 10.0 1.0 262 3787 50.2
6 2.0 2.0 360 3080 43.4
7 1.0 1.0 360 3123 42.2
8 6.0 0.1 244 3894 48.7
9 6.0 1.0 274 3728 48.3
Control 240 3716 46.5
48
3.3.2 Conductivity and pH
The results of conductivity and pH evolutions in cranberry juice (P=0.62 and P=0.86 respectively)
and in recovery solution (P=0.01 and P=0.02 respectively) showed that there was no significant change of
these parameters in PEF modes compared to the control mode whatever the condition with Dunnett’s
test even if the ANOVA of recovery solution detected differences among the conditions (Figure 15). The
conductivity in cranberry juice decreased from 2.86 ± 0.09 mS/cm to 2.48 ± 0.13 mS/cm while it increased
from 3.20 ± 0.13 mS/cm to 6.94 ± 0.51 mS/cm in the recovery solution (Fig 15a). These results could be
explained by the migration of organic acid through the anionic membrane during the ED process in
cranberry juice towards the recovery compartment. There are in accordance with those obtained by Serre
and al. who explained the increase of conductivity in recovery compartment by the migration of organic
acids. (Serre et al., 2016). Even if the conductivity’s evolution of the recovery compartment is very similar
to Serre’s et al., the decrease of conductivity in cranberry juice is not as important in this study whatever
with PEF or DC current. Also, the results of conductivity in recovery solution and in cranberry juice are
similar to studies of deacidification of cranberry or tropical juice reported in the literature (Serre et al.,
2016; Vera et al., 2009).
49
Figure 15. Evolution of a) Conductivity and b) pH in cranberry juice and KCl during Deacidification process for the different conditions
Whatever the conditions, the averaged pH value of the cranberry juice increased from 2.45 ± 0.04
to 2.74 ± 0.06 while it decreased from 4.14 ± 0.24 to 2.03 ± 0.05 in the recovery compartment (Figure
15b). The production of hydroxyl ion in the cranberry juice compartment and protons in the acid recovery
a)
)
b)
50
compartment by the bipolar membrane during the ED process could explained the evolution of pH in both
the cranberry juice and the acid recovery compartments. These results were similar to the one reported
in previous studies performed on passion fruit juice and cranberry juice (Serre et al., 2016; Vera et al.,
2009).
3.3.3 Proanthocyanidin and Anthocyanin Content
Concerning the proanthocyanidin (PAC) (Table 6a) and anthocyanins (Table 6b) contents in
cranberry juice, the ANOVA results showed no significant change in the concentration whatever the
condition used (for P values, referred to table 6). The averaged total content of proanthocyanidins in
cranberry juice was 360.47 ± 17.50 ppm. Concerning anthocyanins, the major ones found in cranberry
juice were cyanidin-3-galactoside (29.87 ± 1.25 ppm), cyanidin-3-glucoside (0.9 ± 0.04 ppm), cyanidin-3-
arabinose (29.62 ± 1.24 ppm), peonidin-3-galactoside (41.79 ± 1.74 ppm), peonidin-3-glucoside (3.02 ±
0.13 ppm) and peonidin-3-arabinose (22.31 ± 0.96 ppm). These results confirmed the results previously
obtained on PACs and anthocyanins contents by Serre et al (2016) in DC mode (Serre, Boutin, et al., 2016).
PACs and anthocyanins are positively charged at the pH value of cranberry juice and did not migrate
through anionic exchange membrane (Serre, Rozoy, et al., 2016). PACs and anthocyanins are composed
of cyclic structure which make them considered as large molecules due to their high moleculars weights
and, therefore, they could not pass through the anionic membrane even if there are positively charged.
Since the composition of cranberry juices varied widely among cranberry cultivars and production
processes, some difference may appeared from one study to another one in terms of initial concentrations
of some components. Also, the analysis of total polyphenol content were performed. Results are shown
in the supplementary material. There is no significant migration of polyphenol since they were not
detected in the recovery solution by performing the Folin-Ciocalteau method.
51
Tableau 6. Evolution of a) Proanthocyanidins concentration (ppm) and b) Anthocyanins concentration (ppm) at the beginning and at the end of treatments for each condition for cranberry juice during the process
a) Proanthocyanidins Concentration
Condition Monomers 2-3 mers 4-6 mers 7-10 mers Polymers Totals
Start End Start End Start End Start End Start End Start End
Control (DC) 28.6 ± 0.1a* 28.1 ± 1.7a 98.8 ± 6.9a 88.8 ± 1,3a 32.6 ± 1.9a 31.2 ± 0.5a 3.0 ± 0.1a 2.8 ± 0.2a 38.1 ± 0.7a 35.8 ± 0.3a 335.7 ± 17.9a 309.6 ± 4.8a
1 (10s/2s) 30.1 ± 2.6a 27.9 ± 2.6a 98.3 ± 7.0a 96.6 ± 11.3a 33.5 ± 3.5a 33.8 ± 3.7a 3.3 ± 0.2a 2.9 ± 0.5a 38.6 ± 1.8a 37.1 ± 2.7a 339.1 ± 25.7a 331.6 ± 36.3a
2 (1s/0.1s) 30.6 ± 0.8a 29.5 ± 1.7a 107.7 ± 2.7a 104.9 ± 9.4a 35.4 ± 1.3a 36.9 ± 2.9a 3.2 ± 0.3a 3.4 ± 0.4a 39.4 ± 1.5a 38.8 ± 1.6a 362.7 ± 9.1a 358.7 ± 28.4a
3 (10s/0.1s) 33.1 ± 0.9a 30.6 ± 0.9a 110.3 ± 1.9a 111.6 ± 5.8a 37.1 ± 1.3a 38.4 ± 1.9a 3.4 ± 0.2a 3.4 ± 0.2a 40.0 ± 0.4a 40.3 ± 1.8a 374.6 ± 7.0a 377.8 ± 18.1a
4 (6s/2s) 32.6 ± 0.0a 30.0 ± 1.7a 108.8 ± 2.6a 108.5 ± 5.0a 36.0 ± 0.2a 37.4 ± 1.2a 3.6 ± 0.1a 3.5 ± 0.1a 40.9 ± 0.8a 39.3 ± 0.2a 370.2 ± 6.3a 368.0 ± 11.8a
5 (10s/1s) 30.7 ± 2.4a 28.2 ± 1.0a 108.8 ± 2.7a 97.1 ± 5.7a 34.2 ± 3.5a 33.4 ± 1.5a 3.3 ± 0.6a 3.0 ± 0.2a 37.5 ± 0.6a 36.1 ± 0.7a 351.2 ± 25.2a 331.3 ± 14.4a
6 (2s/2s) 31.1 ± 2.2a 29.1 ± 2.4a 108.8 ± 2.8a 108.3 ± 8.6a 34.0 ± 2.3a 37.1 ± 2.4a 3.3 ± 0.2a 3.5 ± 0.5a 39.8 ± 2.9a 40.6 ± 1.1a 357.8 ± 28.7a 367.4 ± 24.9a
7 (1s/1s) 33.4 ± 2.0a 31.7 ± 2.4a 108.8 ± 2.9a 116.1 ± 6.2a 37.6 ± 1.9a 40.3 ± 1.3a 3.3 ± 0.1a 4.2 ± 0.5a 42.1 ± 2.2a 41.6 ± 2.4a 388.0 ± 21.3a 394.3 ± 20.9a
8 (6s/0.1s) 33.4 ± 1.9a 30.3 ± 4.8a 108.8 ± 2.10a 107.3 ± 18.8a 36.9 ± 6.2a 36.8 ± 5.4a 3.5 ± 0.8a 3.1 ± 0.4a 40.5 ± 5.9a 39.9 ± 5.2a 379.0 ± 61.1a 364.5 ± 59.1a
9 (6s/1s) 29.9 ± 4.3a 28.5 ± 3.7a 108.8 ± 2.11a 105.2 ± 16.9a 31.9 ± 4.8a 35.6 ± 5.7a 3.4 ± 0.3a 3.6 ± 0.4a 38.4 ± 2.9a 39.3 ± 5.4a 346.4 ± 52.6a 356.5 ± 55.1a
Average ± Std Deviation
31.33 ± 1.67 29.37 ± 1.26 106.53 ± 5.48 104.44 ± 8.07 34.93 ± 1.96 36.10 ± 2.65 3.33 ± 0.17 3.34 ± 0.39 39.54 ± 1.43 38.88 ± 1.95 360.47 ± 17.50 355.98 ± 25.07
P(α=0.05) 0.652 0.495 0.141 0.194 0.645 0.434
*Means within groups and columns with different letters are significantly different. Tukey test.
b) Anthocyanins Concentration
Condition Cyn-3-gal Cyn-3-glu Cyn-3-arab Pnd-3-gal Pnd-3-glu Pnd-3-arab
Start End Start End Start End Start End Start End Start End
Control (DC) 27.8 ± 0.0a* 26.0 ± 0.2 a 0.8 ± 0.0 a 0.8 ± 0.0 a 27.6 ± 0.3 a 25.5 ± 0.2 a 39.0 ± 0.5 a 36.3 ± 0.3 a 2.9 ± 0.0 a 2.6 ± 0.0 a 20.7 ± 0.1 a 19.2 ± 0.1 a
1 (10s/2s) 29.5 ± 2.2 a 28.1 ± 2.8 a 0.9 ± 0.0 a 0.8 ± 0.1 a 29.2 ± 2.2 a 27.6 ± 2.8 a 41.3 ± 2.9 a 39.0± 3.8 a 3.1 ± 0.2 a 2.9 ± 0.3 a 22.0 ± 1.6 a 20.7 ± 2.0 a
2 (1s/0.1s) 29.8 ± 1.6 a 28.9 ± 1.4 a 0.9 ± 0.0 a 0.9 ± 0.1 a 29.5 ± 1.5 a 28.3 ± 1.3 a 41.7 ± 2.0 a 40.1 ± 2.0 a 3.0 ± 0.1 a 2.9 ± 0.1 a 22.1 ± 1.1 a 21.3 ± 1.0 a
3 (10s/0.1s) 30.9 ± 1.0 a 29.7 ± 0.6 a 1.0 ± 0.0 a 0.9 ± 0.0 a 30.5 ± 1.1 a 29.0 ± 0.7 a 43.2 ± 1.7 a 41.1 ± 0.7 a 3.2 ± 0.1 a 3.0 ± 0.1 a 22.9 ± 0.8 a 21.8 ± 0.5 a
4 (6s/2s) 31.2 ± 0.1 a 28.9 ± 0.8 a 0.9 ± 0.0 a 0.9 ± 0.0 a 31.0 ± 0.1 a 28.2 ± 1.0 a 43.4 ± 0.2 a 40.2 ± 1.2 a 3.3 ± 0.0 a 2.9 ± 0.1 a 23.3 ± 0.1 a 21.3 ± 0.7 a
5 (10s/1s) 28.0 ± 0.0 a 26.3 ± 0.4 a 0.9 ± 0.0 a 0.8 ± 0.0 a 27.8 ± 0.1 a 25.8 ± 0.5 a 39.1 ± 0.1 a 36.7 ± 1.0 a 2.9 ± 0.0 a 2.7 ± 0.1 a 20.9 ± 0.0 a 19.4 ± 0.4 a
6 (2s/2s) 29.9 ± 2.4 a 27.5 ± 2.0 a 0.9 ± 0.1 a 0.8 ± 0.1 a 29.6 ± 2.3 a 26.8 ± 2.0 a 41.7 ± 3.1 a 38.1 ± 2.7 a 3.0 ± 0.2 a 2.7 ± 0.2 a 22.3 ± 1.8 a 20.2 ± 1.4 a
7 (1s/1s) 31.2 ± 1.3 a 29.0 ± 1.0 a 0.9 ± 0.0 a 0.8 ± 0.0 a 31.0 ± 1.6 a 28.4 ± 1.1 a 43.8 ± 2.2 a 40.5 ± 1.6 a 3.0 ± 0.2 a 2.8 ± 0.1 a 23.4 ± 1.2 a 21.4 ± 0.8 a
8 (6s/0.1s) 29.3 ± 3.2 a 27.5 ± 2.5 a 0.8 ± 0.0 a 0.9 ± 0.0 a 29.1 ± 3.4 a 26.9 ± 2.0 a 41.3 ± 4.6 a 38.4 ± 3.6 a 2.9 ± 0.4 a 2.6 ± 0.2 a 22.1 ± 2.4 a 20.4 ± 1.9 a
9 (6s/1s) 31.0 ± 3.9 a 25.6 ± 3.5 a 0.9 ± 0.1 a 0.4 ± 0.6 a 30.8 ± 4.0 a 25.1 ± 3.5 a 43.5 ± 5.4 a 35.8 ± 5.0 a 3.1 ± 0.4 a 2.5 ± 0.4 a 23.3 ± 3.0 a 18.9 ± 2.8 a
Average ± Std Deviation
29.87 ± 1.25 27.75 ± 1.42 0.9 ± 0.04 0.80 ± 0.15 29.62 ± 1.24 27.18 ± 1.37 41.79 ± 1.74 38.60 ± 1.89 3.02 ± 0.13 2.75 ± 0.17 22.31 ± 0.96 20.47 ± 1.01
P(α=0.05) 0.166 0.148 0.138 0.299 0.477 0.153
*Means within groups and columns with different letters are significantly different Tukey test..
52
3.3.4 Relative energy consumption
The process of deacidification with the different combination of pulse/pause presented a relative
energy consumption (REC) value between 1.213 and 0.963 Wh/gram of organic acids migrated in the
recovery compartment while the control (DC current) presented an energy consumption value of 1.060
±0.031 Wh/gram of organic acids migrated (Table 7). Interestingly, conditions 6 and 7 stand out from the
others with a respective relative energy consumption of 0.98 and 0.96 Wh/gram of organic acid migrated
in KCl. There was no statistical difference according to the Tukey test between the control and conditions
6 and 7. However, a tendency of a lower REC for the conditions 6 and 7 could be observed. To obtain a
better precision of the statistical tests, a t test was performed on Control-Condition 6 and on Control-
Condition 7. The last one was significantly different with a P<0.05. Thus, the condition 7 (1s/1s) has a
significantly lower relative energy consumption than the control. Control and condition 6 are not
significantly different since the standard deviation of condition 6 was relatively high, but a trend is present.
The results of some studies which worked on the effects of PEF on the demineralization process
have demonstrated the same aspect: when the ratio pulse/pause was optimal, PEF increased the
demineralization rate (DR) without a large increase of the system resistance and, consequently, without
a large increase of the relative energy consumption (Cifuentes-araya et al., 2011; Mikhaylin et al., 2014).
In Mikhaylin et al. study (2014), the increase in DR was explained by the fact that PEF would have impacted
on the hydrodynamic conditions near to the membrane surface by intensifying the electroconvection and
thus, reducing some type of fouling, and by increasing the ion diffusion during the pause time (Mikhaylin
et al., 2014). In the present study, the phenomenon just mentioned could happened during the
deacidification of cranberry juice, which could explained, in part, the lower tendency of REC of conditions
7 and 6. The overall ED stack resistance of the deacidification process of the cranberry juice scaled up will
be important to determine the best pulse/pause combination possible.
53
Tableau 7. Relative energy consumption calculated in each condition tested
Wh/g Organic Acids*
Condition #
1.213±0.029a 3 (10s/0.1s) 1.115±0.070ab 5 (10s/1s) 1.115±0.017ab 2 (1s/0.1s) 1.093±0.063abc 1 (10s/2s) 1.086±0.024abc 8 (6s/0.1s) 1.069±0.024ab 4 (6s/2s) 1.060±0.031bc Control (DC) 1.053±0.044bc 9 (6s/1s) 0.982±0.059bc 6 (2s/2s) 0.963±0.005c 7 (1s/1s)
*Means within groups and columns with different letters are significantly different. Tukey test. Anova: P=0.0004
3.3.5 Titratable Acidity and deacidification rate
According to the ANOVA results, there is a significant impact of the different pulse/pause
combinations and control treatment on the titratable acidity (P<0.05). However, only the titratable acidity
of the cranberry juice in conditions 6 (2s/2s) and 7(1s/1s) were significantly different compared to the
control treatment (Dunnett’s test, P<0.05). The titratable acidity of the control sample decreased from
9.41 ± 0.04 to 5.04 ± 0.12 g/L of citric acid equivalents after 3716 ± 199 charges transported while the
titratable acidity of the samples at conditions 6 and 7 respectively decreased from 9.99 ± 0.79 to 5.67 ±
0.74 g/L of citric acid equivalents after only 3080 ± 37 charges transported and from 10.38 ± 0.52 to 6.01
± 0.47 g/L of citric acid equivalents after only 3123 ± 25 charges transported. In fact, the decrease in
titratable acidity juices in conditions 6 and 7 is 15% faster than the decrease in titratable acidity of the
control juice according to the number of charges transported (Figure 16).
54
Figure 16. Evolution of titratable acidity in cranberry juice and recovery solut ion (KCl) during the deacidification process for CC control and conditions 6 (2s/2s) and 7 (1s/1s)
Such a difference is shown on figure 16, where the deacidification rates calculated at 2750 number
of charges transported (in Coulombs) for the different pulse/pause conditions were compared. The 3D
curve is a model based on the results obtained during this study (Table 5). Thus, some values of the
different PEF modes might to be exactly on the curve, but a little bit above or under it. At 2750 C, the
control (DC current) had a deacidification rate of 34.92% while conditions 6 (2s/2s) and 7 (1s/1s) showed
deacidification rates of 43.45% and 41.53% respectively. Consequently, for the same number of charges
transported, the deacidification rate was higher for these 2 conditions. Hence, to better understand the
effect of pulsed electric field compare to DC current, following results of organic acid contents would be
explained only for 6, 7 and DC conditions.
55
Figure 17. Evolution of the deacidification rate calculated at 2750 charges as a function of pulse and pause conditions
Tableau 8. Deacidification rate of each condition at 2750 C
Condition Ton/Toff Deacidification
rate at 2750 C (%).
1 10s/2s 36.85 2 1s/0.1s 34.65 3 10s/0.1s 34.65
4 6s/2s 38.775
5 10s/1s 38.225
6 2s/2s 43.45
7 1s/1s 41.525
8 6s/0.1s 36.575
9 6s/1s 36.025
Control - 34.92
56
3.3.6 Organic Acids Content
The major organic acids found in cranberry juice are quinic acid (MW=192.17 g/mol, pKa=3.46),
citric acid (MW=192.12 g/mol, pKa1=3.13, pKa2=4.76, pKa3=6.39) and malic acid (MW=134.09 g/mol,
pKa1=3.46, pKa2=5.05)(Royal Society of Chemistry, n.d.).
Figure 18 shows that in the juice, concerning quinic acid migration, it appeared from these results
that in all the conditions its evolution was the same whatever the conditions used (PKCL=0.169,
PJuice=0.282). Even if there are no statistical differences in terms of migration in the cranberry juice, a small
trend to increase in the recovery solution could be observed. Indeed, the migration of quinic acid was less
than 5%. It is very important to preserve quinic acid in cranberry juice since this acid is used for cranberry
juice authentication (Flores et al., 2012)(Shui & Leong, 2002). Also, in Serre and al. study, the quinic acid
migrated significantly only at 40% of deacidification in laboratory scale and at 50% at pilot scale (Serre,
Boutin, et al., 2016; Serre, Rozoy, et al., 2016). For citric acid evolution in juice, there was only a significant
difference between condition 6 (2s/2s) and control (DC Current) (Dunnett’s test, P<0.05). However, even
if condition 7 was not significantly different from the control one, obtained results were similar to
condition 6. As shown on Figure 18, citric acid in cranberry juice for condition 6 decreased faster than
control with respective slopes of -2.17 ppm/C and -1.88 ppm/C: corresponding to a 13% improvement in
migration. The second condition that followed closely condition 6 (2s/2s) was condition 7 (1s/1s) with a
regression slope of -2.06 ppm/C. The same evolution was observed for malic acid in cranberry juice with
a regression slope of -0.96 ppm/C and -0.79 ppm/C for condition 6 (2s/2s) and control (DC current)
respectively : corresponding to a 18% improvement in migration for condition 6. Once again, condition 7
was close to condition 6 with a regression slope of -0.88 ppm/C.
For the evolution of citric acid in the recovery solution (Figure 18), there was a significant
difference between the control (direct current) and the conditions 6(2s/2s)-7(1s/1s) (Dunnett’s test,
P<0.05). Migration of organic acid was faster in condition 6 and 7 than the control with respective slopes
of 1.80 ppm/C and 1.86 ppm/C: corresponding to a 19% of improvement in migration for condition 7. The
evolutions of citric acid for condition 6 and 7 were significantly different from the control (Dunnett’s test,
P<0.05). These 2 conditions for malic acid were not significantly different from the control (Dunnett’s test,
57
P>0.05) but a migration improvement of 12% was observed for condition 7. The slopes were 0.68ppm/C,
0.73 ppm/C and 0.76 ppm/C for the control, condition 6 and condition 7 respectively.
The overall migration of the citric, malic and quinic acids evolved in a similar manner to the one
previously reported by Serre et al. (Serre, Rozoy, et al., 2016) during DC current deacidification of
cranberry juice with bipolar membranes. As explained by Serre et al., due to its pKa value and its lower
molecular weight, the migration of citric acid (the most abundant organic acid in cranberry juice) occurred
earlier and relatively faster than migration of other organic acids(Serre et al., 2016). In cranberry juice, in
addition to different pKa values, citric acid and malic acid have three or two negative charges whereas
quinic acid has only one which may explain that they migrated differently through the anion-exchange
membrane, and during the process (Figure 17). Furthermore, quinic acid is composed of a phenolic ring
that makes the molecule to have a high steric hindrance and a low electrophoretic mobility, which
decreases its migration through anion-exchange membrane. The organic acids in this study evolved in a
similar way to the evolution observed in Serre and al. study even though the concentrations at time=0s
are slighty different due to the different batch of juice used. The PEFs accelerates the migration, but does
not modify the linear evolution observed in Serre’s study. Finally, the recovery solution (KCl) after the
process contained all the organic acids that have migrated. This solution is a co-product that can be
valorized by recovering or concentrating the organic acids and re-use them as food additives elsewhere.
The concentration of organic acids depends on the quantity of organic acids that is present in raw juice,
before deacidification. Since the composition of cranberry juices varied widely among cranberry cultivars
and production processes, it is difficult to tell how much organic acid would be recovered after each
deacidification. In this case, as seen in Figure 18, there are about 7600 ppm of organic acids (citric and
malic acids) present in the recovery solution. The optimal amount of organic acids added in food to obtain
a conservative effect without changing its organoleptic properties must be determined. Another option is
to introduce the recovery solution as is as food conservatives, without concentration or recovering, since
KCl is not responsible for cardiovascular diseases and it is present in low concentration.
58
Figure 18. Evolution of citric, malic and quinic acids as a function of number of charges transported in cranberry juice and KCl. (For malic and citric acids, only the three main conditions were shown to not
overload the figures. All other conditions were statistically similar to the Control.
In Cranberry Juice In Recovery Solution
.
d) c)
a) b)
e) f)
59
Finally, the phenomenon that could be responsible for a better migration of organic acids was the
decrease of concentration of polarization (CP) with the pulsed electric field. It has been shown that pulsed
electric field reduces the concentration of polarization in the compartments, which reduce the diffusion
boundary layer thickness (DBL) (Mikhaylin et al., 2014; Mishchuk et al., 2001; Uzdenova, Kovalenko,
Urtenov, & Nikonenko, 2015). CP is created when the ion concentration at one side of the membrane is
very low while the ionic concentration is very high on the other side of the same membrane (Mikhaylin et
al., 2014; Mishchuk et al., 2001; Uzdenova et al., 2015) (Figure 19). The difference of concentration
between the membranes could return to uniformity when there is the pause lapse of the PEF mode, which
leads to shrinking or disappearance of the DBL. Thus, the condition 6 and 7 would be the best conditions
among the others of this study to inhibit the development of the concentration polarization allowing a
reduction of the DBL and an enhancement of the mass transfer. If the DBL is smaller, organic acid would
be closer to the membrane when the pulse restarts, which could explain its better migration.
Figure 19. Concentration polarization phenomenon. DBL: Diffusion boundary layer. J: Flux. C: Concentration ion profile
According to the results presented in table 6, an optimal trend can be observed or deduced, since
conditions with a pause smaller than 1s combined with a pulse smaller than 6s seems have a better
deacidification. In fact, conditions with a pause of 0.1s obtain a deacidification rate lower than the
conditions with pause values of 1 and 2 seconds. Also, as the duration of the pulse decreased (conditions
with the smaller time pulse such as 6s, 2s and 1), there was an increase in deacidification rate. Thus, it
60
would be interesting to perform further experiments with conditions such as 2s/1s or 3s/2s to see if the
ratio of the pulse/pause has an impact on the deacidification rate in this process as demonstrated in
Mikhaylin’s et al. study on demineralization process (Mikhaylin, 2015).
The deacidification process was performed at a laboratory scale with a MP cell type. Thus, it could
be interesting to perform experiments at larger scale to see if the tendency of lower energy consumption
is maintained or better with a larger significant difference between the control and the conditions 6-7. At
a larger scale, the membrane exchange surface will be higher (many square meter instead of 200 cm2)
and the distance between the membranes will be lower (1-1.5 mm instead of 8-8.5 mm), which play an
important role in the decrease of polarization concentration phenomenon. The concentration polarization
negatively affects the ED efficiency and its inhibition at a larger scale process will result in better efficiently
(Bazinet & Castaigne, 2011). As for membrane fouling, there are no visible fouling on the membranes used
for this study. Conductivities and thickness of membranes are stable and are shown in the supplementary
materials. Also, Serre and al. have done long run of 18 hours of deacidification at laboratory scale and no
membrane fouling appeared (Serre et al., 2016).
61
3.4 Conclusion
In this study, 9 different conditions of pulsed electric fields were tested and compared with a DC
current condition during the deacidification process of cranberry juice using the configuration developed
by Serre and al. (2016). It appeared from the present results that conditions 6 (2s/2s) and 7 (1s/1s) of PEF
decreased by about 10% the energy consumption of the deacidification process of raw cranberry juice
while increasing by 15% the organic acids migration. Furthermore, quinic acid, PACs and anthocyanins
were kept in the juice, allowing the preservation of its authenticity and of all its health benefits. An
appropriated PEF mode would cause a decrease in the concentration of polarization near the surface
membrane by reducing the difference of ions concentrations between both sides of the membrane. Such
a reduction of CP allows a better efficiency of the process, increasing also the migration rates of citric and
malic acids, and leading to a lower energy consumption. For the first time, the use of pulsed electric field
in a deacidification process with bipolar membrane on a juice was tested.
It would be interesting to test other PEF modes that are close to condition 6 (2s/2s) and 7 (1s/1s),
such as conditions with 2s/1s, 3s/2s or 1,5s/1,5s: such conditions would please the best PEF conditions
and participate to the optimisation of the process. Since, this study was performed at a laboratory scale,
experiments are under way to performed PEF mode during the deacidification of the juice at pilot and
industrial scales and to observe he impact on the energy consumption.
62
Supplementary material Tableau 9. Total polyphenol content before and after each condition for the cranberry juice and
recovery solution
Juice* KCl*◊
Condition time Average
(mg/L gallic acid)
Std dev. Average (mg/L
gallic acid) Std dev.
Control (DC)
Start 913.5246961 63.55748357 -29.90483579 11.781055
End 771.1921386 54.77016096 -8.429635376 16.6654365
1 (10s/2s) Start 904.7064908 86.84823009 -32.18463926 19.6705255
End 832.6894233 176.4430333 10.25575381 28.2667681
2 (1s/0.1s)
Start 940.8844065 47.28514642 -27.53685027 3.7120018
End 930.9800879 106.4603682 -1.089190587 2.13576265
3 (10s/0.1s)
Start 957.0364624 465.6759513 -35.85402121 19.3554455
End 962.3739333 118.5619897 -18.08714766 24.2294317
4 (6s/2s) Start 1077.34678 95.78032893 -31.28238945 2.74778733
End 877.8898371 68.24211294 -2.034309542 0.10793116
5 (10s/1s) Start 916.3692785 161.1698777 -35.50155159 27.1964569
End 857.4088441 24.79536579 -15.73133049 21.8718331
6 (2s/2s) Start 960.486165 107.6600347 -34.63951384 19.8411002
End 912.9299198 45.85220853 -11.22392617 20.4901638
7 (1s/1s) Start 972.8083786 116.6808474 -27.74103569 38.6246026
End 918.3475562 0.603427044 -5.645073701 36.8595181
8 (6s/0.1s)
Start 1049.379364 42.29475006 -37.45248254 8.97213728
End 935.6089992 26.2216479 -13.98562839 25.6445796
9 (6s/1s) Start 811.6757176 40.42961193 -20.54538402 8.01460828
End 915.2831652 142.4087823 2.375676881 2.90561367 *There are no significant difference for every conditions of the juice and the kcl at the beginning or at the end of deacidification
◊Since the method Folin-Ciocalteau is a spectral analysis, negative values means that there is no polyphenol in those solutions.
63
Tableau 10. Conductivity and thickness of membranes used for every conditions
Conductivity (mS) Conductivity(mS)
Conductivity (mS)
Conductivity(mS)
Condition/ repetition
Average AMX
Std dev.
Thickness (mm)
Std dev.
MB 1 Std dev.
Thickness (mm)
Std dev.
MB 2 Std dev.
Thickness (mm)
Std dev.
MB 3 Std dev
Thickness (mm)
Std dev.
Control/ before 9.0885 0.0247 0.1385 0.0007 5.597 0.1489 0.23 0.005 5.434 0.088 0.235 0.003 5.778 0.2741 0.232 0.002
Control/1 8.355 0.4808 0.1425 0.0007 4.831 0.2092 0.235 0.002 3.892 0.369 0.24 0.002 7.121 0.3835 0.238 0.003
Control/2 7.871 0.0707 0.137 0 4.542 0.315 0.227 0.002 3.779 0.437 0.236 0.005 6.574 0.3075 0.23 0.002
Control/3 7.3775 0.1167 0.1385 0.0007 4.783 0.0979 0.227 0.003 3.61 0.309 0.234 0.002 6.614 0.2444 0.231 0.002
1/ before 9.1845 0.0629 0.1415 0.0007 5.519 0.2045 0.236 0.003 5.239 0.091 0.235 0.002 5.34 0.1061 0.234 0.003
1\1 8.312 0.2362 0.1425 0.0007 4.781 0.1589 0.237 0.002 4.814 0.241 0.242 0.001 6.451 0.1866 0.242 0.002
1\2 8.3655 0.1676 0.1395 0.0007 4.814 0.2924 0.234 0.001 3.699 0.297 0.238 0.002 6.929 0.1 0.237 6E-04
1\3 7.9915 0.0856 0.14 0 4.93 0.3042 0.233 0.001 4.852 0.14 0.239 0.001 6.638 0.8923 0.235 1E-03
2/before 9.145 0.0679 0.141 0 5.98 0.2999 0.233 0.006 5.088 0.229 0.24 0.004 5.004 0.1617 0.239 0.002
2\1 7.9045 0.1167 0.136 0 4.808 0.3307 0.225 0.002 3.613 0.322 0.237 0.002 4.689 0.2131 0.236 0.002
2\2 7.5315 0.2044 0.1355 0.0007 5.176 0.2074 0.225 0.001 3.398 0.062 0.237 0.005 5.559 0.1656 0.236 0.002
2\3 7.6785 0.0926 0.139 0 5.001 0.6487 0.228 0.001 3.657 0.248 0.239 0.002 5.805 0.2002 0.238 0.002
3/before 8.3585 0.1153 0.1305 0.0007 5.055 0.1299 0.228 5E-04
4.832 0.087 0.229 0.002 5.219 0.1081 0.229 0.003
3\1 7.947 0.0099 0.139 0.0014 5.5 0.2635 0.239 0.003 4.012 0.485 0.242 0.001 5.779 0.188 0.241 0.002
3\2 7.997 0.4016 0.1365 0.0021 4.332 0.3899 0.233 0.002 4.079 0.94 0.242 0.002 6.053 0.0981 0.242 0.002
3\3 8.6805 0.1138 0.1415 0.0007 3.033 0.3489 0.237 0.003 3.019 0.475 0.241 0.001 4.79 1.3086 0.241 9E-04
4/before 8.329 0.2673 0.131 0 4.86 0.1835 0.231 0.001 5.047 0.14 0.232 0.003 5.034 0.2012 0.23 0.002
4\1 7.892 0.437 0.1385 0.0007 3.073 0.3042 0.235 0.002 3.1 0.362 0.239 0.003 5.477 0.2425 0.238 0.002
4\2 7.7335 0.3613 0.133 0 3.924 0.3568 0.231 0.002 3.852 0.153 0.236 0.0008 3.823 0.2502 0.233 0.001
5/before 8.34 0.0339 0.1345 0.0007 5.572 0.1607 0.216 0.003 5.517 0.11 0.217 0.002 5.125 0.1282 0.221 0.002
5\1 7.731 0.4214 0.134 0.0014 5.719 0.1464 0.22 0.003 5.8 0.215 0.225 0.002 6.896 0.1618 0.23 0.002
5\2 7.007 0.0014 0.1395 0.0007 6.06 0.4705 0.22 0.004 5.988 0.262 0.226 0.003 6.908 0.2147 0.229 0.003
6/before 8.538 0.0707 0.1385 0.0007 5.422 0.21 0.222 0.004 5.6 0.12 0.22 0.001 5.197 0.4206 0.223 0.003
6\1 8.2125 0.1775 0.1385 0.0007 4.886 0.2687 0.222 0.003 5.308 0.347 0.223 0.001 6.762 0.1628 0.224 0.002
6\2 8.223 0.0764 0.1385 0.0007 4.489 0.3492 0.222 0.005 5.398 0.152 0.222 0.003 6.979 0.0725 0.224 0.001
6\3 7.9825 0.0728 0.141 0.0014 5.301 0.4541 0.225 0.005 4.062 0.29 0.224 0.003 7.055 0.1416 0.226 0.002
7/before 8.38 0.1287 0.1385 0.0007 5.707 0.4215 0.235 0.002 5.432 0.086 0.231 0.002 5.189 0.1797 0.235 0.001
7\1 7.6805 0.0757 0.1325 0.0007 5.334 0.258 0.216 0.002 4.757 0.259 0.217 0.002 6.395 0.1273 0.231 0.002
7\2 8.1065 0.2242 0.1375 0.0007 4.583 0.2939 0.221 0.003 5.067 0.05 0.221 0.003 6.483 0.2133 0.235 0.001
8/before 8.617 0.0552 0.1385 0.0007 5.233 0.1099 0.235 0.002 5.102 0.127 0.231 0.002 5.351 0.1307 0.235 0.001
8\1 8.385 0.0792 0.139 0.0014 5.075 0.1649 0.236 0.002 5.364 0.119 0.234 0.002 6.125 0.1885 0.237 8E-04
8\2 7.606 0.0933 0.136 0 5.475 0.1538 0.232 0.003 4.641 0.114 0.232 0.002 6.9 0.177 0.233 0.002
9/before 8.7195 0.0078 0.135 0.0028 6.698 0.356 0.245 0.001 6.303 0.264 0.244 0.001 6.878 0.2798 0.246 0.002
9\1 8.563 0.0368 0.139 0 6.978 0.1353 0.248 0.002 6.165 0.382 0.252 0.002 7.997 0.1201 0.251 0.003
9\2 7.636 0.0863 0.1405 0.0007 6.481 0.1873 0.249 0.002 4.806 0.31 0.253 0.001 7.257 0.1843 0.251 0.002
64
Chapitre 4 : Discussion générale, conclusion et perspectives
65
66
4.1 Discussion générale et conclusion
Afin de valider notre hypothèse de recherche, qui était d’étudier les caractéristiques des CÉPs
(temps de pulsation et temps de pause) appliquées au cours de la désacidification du jus de canneberge
par EDMB permettant d’améliorer l’efficacité énergétique de ce procédé tout en conservant les
propriétés organoleptiques et physicochimiques des jus, trois objectifs ont été fixés.
Tout d’abord, le premier objectif a été d’étudier l’impact des différentes conditions de CÉPs sur le
pourcentage de désacidification des jus de canneberge. Ainsi, neuf différentes conditions de CÉPs ont été
identifiées et le taux de désacidification de chacune des conditions a été comparé avec l’électrodialyse à
courant continu qui nous a servi de témoin. Les résultats nous ont permis de mettre en évidence que la
condition 6 (2s/2s) et la condition 7 (1s/1s) étaient les conditions montrant le meilleur taux de
désacidification. En effet, d’après les résultats obtenus, une augmentation du taux de désacidification
d’environ 15% a été obtenue pour ces deux conditions.
Ensuite, il a été question de caractériser les jus obtenus pour chaque condition de CÉPs en plus du
jus désacidifié en courant continu. Pour ce faire, les analyses suivantes ont été effectuées : le pH, la
conductivité, le degré Brix, la teneur en acides organiques, en PACs, en anthocyanes et en polyphénols
totaux et l’acidité titrable. Les résultats découlant de ses analyses ont permis de démontrer la migration
plus rapide de l’acide citrique et malique que de l’acide quinique en plus de démontrer que la teneur de
ce dernier restait stable dans le jus durant la désacidification. De plus, les PACs, anthocyanes et
polyphénols totaux sont conservés dans le jus, ce qui permet à celui-ci de garder tous ses bienfaits santés
rattachés à ses molécules.
Finalement, le dernier objectif était d’évaluer les paramètres électrodialytiques et la
consommation énergétique du procédé. Pour la première section de cette objectif, l’épaisseur des
membranes, la conductivité de celle-ci et le suivi de l’intensité de courant ainsi que du voltage nous ont
permis d’avoir un suivi de ces paramètres tout au long de la désacidification. Tous les résultats semblent
démontrer qu’il n’y a pas de colmatage qui a commencé à se former sur les membranes après les
répétitions effectuées pour chaque condition. De plus, toutes les conditions ont été soumis à une analyse
en direct de l’intensité de courant et du voltage pour pouvoir visualiser les courbes électrodialytiques et
67
vérifié les calculs émis théoriquement. Au final, il n’y avait pas de différence entre les calculs théoriques
et l’aire sous les courbes calculés à partir d’essais en temps réel. Ainsi, à partir de ses données, la
consommation énergétique relative a pu être calculée par gramme d’acides organiques migrés dans la
solution de récupération. Finalement, les résultats ont démontrés que la condition 7 (1s/1s) était
significativement différente lorsqu’on la compare à la condition 6 (2s/2s) et au contrôle (DC). Néanmoins,
une tendance marquée à la baisse a aussi été constatée pour la condition 6. Il ne faut pas oublier que les
désacidifications ont été faites à l’échelle laboratoire. Les différences et tendances de la consommation
énergétique relative pourraient être accentuées lors de désacidification à l’échelle pilote et industrielle.
Toutes ces analyses ont été effectuées à l’échelle laboratoire, ainsi en passant à l’échelle pilote voire
industrielle, il est possible que ces tendances de la consommation énergétique relative soient accentuées.
À travers la réalisation de ces trois objectifs, l’hypothèse générale a pu être validée. En effet, il a
été possible de déterminer des conditions (condition 7 (1s/1s)) optimales de CÉPs permettant de diminuer
la consommation énergétique en plus de conserver toutes les caractéristiques importantes du jus qui fait
de lui un aliment plus qu’intéressant pour les consommateurs. De plus, en désacidifiant le jus de
canneberge avec le procédé d’électrodialyse qui est un procédé exécuté à froid, il est possible d’éviter
l’altération de certains composés importants contenus dans le jus. Par ailleurs, le taux de désacidification
du jus de canneberge obtenu est suffisamment élevé afin d’éviter tout effet secondaire engendré par les
acides organiques. Finalement, le jus pourrait éventuellement être commercialisé seul, c’est-à-dire sans
le mélanger avec d’autres jus ou sans ajouter de sucre, afin de masquer son acidité et d’avoir un goût plus
doux.
Dans un autre ordre d’idée, la désacidification avec membranes bipolaires a été testées par des
membres de l’équipe du Dr Laurent Bazinet sur d’autres jus de fruits, tels que le jus de citron et le jus de
pamplemousse. Malgré le fait que la quantité d’acides organiques soit différente d’un jus de fruits à
l’autre, le procédé s’est montré efficace dans leur désacidification et des recherches impliquant les CÉPs
afin d’optimiser la désacidification de ces jus pourrait être mises en place.
De plus, dans le cadre d’une analyse de cycle de vie comparative effectuée au sein de l’équipe du
Dr. Bazinet, la désacidification du jus de canneberge avec la méthode de la précipitation au sel de calcium
a été effectué. Les résultats ont démontré un taux de désacidification d’environ 70%. Cependant, il est
68
possible que cette méthode de désacidification, contrairement à l’EDMB, soit non sélective. Ainsi, une
perte d’acide quinique, mais aussi d’anthocyanes et PACs pourrait être obtenue, ayant une influence
directe sur la qualité et les propriétés santés du jus. De plus, la réaction chimique a engendré une
augmentation du pH et ainsi, du jus brut a été ajouté pour obtenir un jus final désacidifié à 40% avec un
pH d’environ 3. De plus, les qualités organoleptiques des jus ont été altérées car le carbonate de sodium
donne un goût de craie au jus final.
4.2 Perspectives
Même si tous les objectifs ont été atteints, il y a toujours place à l’amélioration pour aller plus loin
au niveau des connaissances sur la technologie et obtenir d’autres résultats qui pourraient compléter
ceux déjà obtenus.
Puisque les CÉPs n’avaient jamais été appliqués pour la désacidification de jus de fruits par
électrodialyse, il a donc fallu choisir des conditions de CÉPs qui couvraient le plus de surface
puisque nous ne savions pas à quoi nous attendre. Maintenant que nous savons que la condition
6 (2s/2s) et 7 (1s/1s) semblent les plus efficaces, il serait très intéressant de tester d’autres
conditions tout près de ces dernières comme des conditions à 2s/1s ou 1,5s/1,5s afin de trouver
une condition qui réduit au maximum la consommation énergétique. Par le fait même, il pourrait
être intéressant de savoir à quel point les CÉPs peuvent affecter, dans la désacidification du jus de
canneberge, la concentration de polarisation pour avoir une idée plus claire des mécanismes qui
se produisent à la surface des membranes.
Ensuite, la prochaine étape serait de faire des essais à l’échelle pilote et laboratoire et de trouver
les paramètres importants qui diminueront la consommation énergétique tout en conservant les
composés désirés et les propriétés organoleptiques recherchées.
Finalement, il serait important d’évaluer les caractéristiques des jus désacidifiés avec CÉP à l’aide
d’un panel de dégustation afin que ce jus se retrouve sur les tablettes de supermarché.
70
71
Bibliographie Agence de la santé publique du Canada (Gouvernement du Canada). (2016). Les maladies cardiovasculaires.
Retrieved August 27, 2016, from http://cbpp-pcpe.phac-aspc.gc.ca/fr/chronic-diseases/cardiovascular-diseases/
APCQ. (2010a). Notre Canneberges.com; Statistiques. Retrieved from http://www.notrecanneberge.com/Industrie/Infos/statistiques.html
APCQ. (2010b). Notrecanneberge.com-Méthode de production. Retrieved October 19, 2016, from http://www.notrecanneberge.com/Culture-et-cannebergieres/Infos/methode-de-production.html
Barakat, M. A. (2011). New trends in removing heavy metals from industrial wastewater. Arabian Journal of Chemistry, 4(4), 361–377.
Bazinet, L. (2016). Electrodialytic Phenomena and Their Applications in the Dairy Industry : A Review Electrodialytic Phenomena and Their Applications in the Dairy Industry : Food Science and Nutrition, 8398(October), 525–544.
Bazinet, L., Amiot, J., Poulin, J.-F., Labbé, D., & Tremblay, D. (2005). Process and system for separation of organic charged compounds. Canada.
Bazinet, L., Brianceau, S., Dubé, P., & Desjardins, Y. (2012). Evolution of cranberry juice physico-chemical parameters during phenolic antioxidant enrichment by electrodialysis with filtration membrane. Separation and Purification Technology, 87, 31–39.
Bazinet, L., & Castaigne, F. (2011). Déminéralisation, enrichissement et stabilisation par procédés électromembranaires. In Lavoisier (Ed.), Concept de génie alimentaire:Procédés associés et applications à la conservation des aliments (Editions T, pp. 527–568). Paris.
Bazinet, L., Lamarche, F., & Ippersiel, D. (1998). Bipolar-membrane electrodialysis : Applications of electrodialysis in the food industry. Trends in Food Science and Technology, 9, 107–113.
Bazinet, L., Lamarche, F., Labrecque, R., Toupin, R., Boulet, M., & Ippersiel, D. (1997). Electroacidification of soybean proteins for production of isolate. Food Techonology, 51(9), 52–60.
Blumberg, J. B., Camesano, T. A., Cassidy, A., Kris-etherton, P., Howell, A., Manach, C., … Vita, J. A. (2013). Cranberries and Their Bioactive Constituents in Human Health. Advances in Nutrition, 4, 618–632.
Bodet, C., Grenier, D., Chandad, F., Ofek, I., Steinberg, D., & Weiss, E. I. (2008). Potential oral health benefits of cranberry. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 48(7), 672–680.
Caillet, S., Côté, J., Doyon, G., Sylvain, J. F., & Lacroix, M. (2011). Antioxidant and antiradical properties of cranberry juice and extracts. Food Research International, 44(5), 1408–1413.
Calle, E. V., Ruales, J., Dornierb, M., Sandeauxc, J., Sandeauxc, R., & Pourcelly, G. (2002). Deacidification of the clarified passion fruit juice. Desalination, 149, 357–361.
Carpenter, J. L., Caruso, F. L., Tata, A., Vorsa, N., & Neto, C. C. (2014). Variation in proanthocyanidin content and composition among commonly grown North American cranberry cultivars (Vaccinium macrocarpon). Journal of the Science of Food and Agriculture, 94(13), 2738–2745.
Casademont, C. (2008). Approche des phénomenes de colmatage en électrodialse dans l’industrie laitiere. University Laval.
Casademont, C., Sistat, P., Ruiz, B., Pourcelly, G., & Bazinet, L. (2009). Electrodialysis of model salt solution containing whey proteins : Enhancement by pulsed electric field and modified cell configuration. Journal of
72
Membrane Science, 328, 238–245.
Cifuentes-Araya, N. (2012). Étude de la formation de colmatages minéraux sur les membranes échangeuses d’ions en cours d’électrodialyse de solutions salines modèles: Mécanismes de formation et contrôle par des ratios de champs électriques pulsés optimisés. Université Laval.
Cifuentes-araya, N., Pourcelly, G., & Bazinet, L. (2011). Impact of pulsed electric field on electrodialysis process performance and membrane fouling during consecutive demineralization of a model salt solution containing a high magnesium / calcium ratio. Journal of Colloid and Interface Science, 361, 79–89.
Couture, R., & Rouseff, R. (1992). Debittering and Deacidifying Sour Orange ( Cifrus aurantium ) Juice Using Neutral and Anion Exchange Resins. Journal of Food Science, 57(2), 380–384.
Feghali, K., Feldman, M., La, V. D., Santos, J., & Grenier, D. (2012). Cranberry proanthocyanidins: Natural weapons against periodontal diseases. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(23), 5728–5735.
Flores, P., Hellín, P., & Fenoll, J. (2012). Determination of organic acids in fruits and vegetables by liquid chromatography with tandem-mass spectrometry. Food Chemistry, 132(2), 1049–1054.
Fruit d’Or. (2015). Fiche technique: CANNEBERGES CONGELÉES « GRADE A ». Retrieved from http://www.fruit-dor.ca/pdf/1437574243_10E01005.pdf
Graf, B. A., Milbury, P. E., & Blumberg, J. B. (2005). Mini-Review : Flavonols, Flavones, Flavanones, and Human Health: Epidemiological Evidence. Journal of Medicinal Food, 8(3), 281–290.
He, F., Pan, Q., Shi, Y., & Duan, C. (2008). Biosynthesis and Genetic Regulation of Proanthocyanidins in Plants. Molecules, 13, 2674–2703.
Howell, A. B. (2012). Health Benefits of Cranberries- It ’ s not just about UTIs anymore ! Dietitians in Integrative and Functional Medecine, 14(3).
Howell, A. B., Botto, H., Combescure, C., Gausa, L., Matsumoto, T., Tenke, P., … Lavigne, J. (2010). Dosage effect on uropathogenic Escherichia coli anti-adhesion activity in urine following consumption of cranberry powder standardized for proanthocyanidin content : a multicentric randomized double blind study. BMC Infectious Diseases, 10(94).
Howell, A. B., Reed, J. D., Krueger, C. G., Winterbottom, R., Cunningham, D. G., & Leahy, M. (2005). A-type cranberry proanthocyanidins and uropathogenic bacterial anti-adhesion activity. Phytochemistry, 66, 2281–2291.
Hu, F. B. (2003). Plant-based foods and prevention of cardiovascular disease : an overview. The American Journal of Clinical Nutrition, 78, 544–551.
Huang, C., & Xu, T. (2006). Electrodialysis with Bipolar Membranes for Sustainable Development. Environment Sciences Technologies, 40(17), 5233–5243.
Huang, C., Xu, T., Zhang, Y., Xue, Y., & Chen, G. (2007). Application of electrodialysis to the production of organic acids : State-of-the-art and recent developments. Journal of Membrane Science, 288, 1–12.
Husson, E., Araya-Farias, M., Gagné, A., & Bazinet, L. (2013). Selective anthocyanins enrichment of cranberry juice by electrodialysis with filtration membrane: Influence of membranes characteristics. Journal of Membrane Science, 448, 114–124. http://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.06.061
Johnson, R. L., & Chandler, B. V. (1985). Ion Exchange and Adsorbent Resins for Removal of Acids and Bitter Principles from Citrus Juices. Journal of the Science of Food and Agriculture, (Table 1), 480–484.
Khanal, R. C., Howard, L. R., Brownmiller, C. R., & Prior, R. L. (2009). Influence of Extrusion Processing on Procyanidin
73
Composition and Total Anthocyanin Contents of Blueberry Pomace. Journal of Food Science, 74(2), 52–58.
Lacombe, A., Wu, V. C. H., Tyler, S., & Edwards, K. (2010). International Journal of Food Microbiology Antimicrobial action of the American cranberry constituents ; phenolics , anthocyanins , and organic acids , against Escherichia coli O157 : H7. International Journal of Food Microbiology, 139(1–2), 102–107.
Lam Quoc, A., Mondor, M., Lamarche, F., Ippersiel, D., Bazinet, L., & Makhlouf, J. (2006). Effect of a combination of electrodialysis with bipolar membranes and mild heat treatment on the browning and opalescence stability of cloudy apple juice. Food Research International, 39(7), 755–760.
Lavigne, J. P., Bourg, G., Botto, H., & Sotto, A. (2007). Cranberry (Vaccinium macrocarpon) et infections urinaires : étude et revue de la littérature. Pathologie Biologie, 55(8–9), 460–464.
Lee, J., Finn, C. E., & Wrolstad, R. E. (2004). Comparison of Anthocyanin Pigment and Other Phenolic Compounds of Vaccinium membranaceum and Vaccinium ovatum Native to the Pacific Northwest of North America. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 52, 7039–7044.
Mcmurdo, M. E. T., Bissett, L. Y., Price, R. J. G., Phillips, G., & Crombie, I. K. (2005). Does ingestion of cranberry juice reduce symptomatic urinary tract infections in older people in hospital ? A double-blind , placebo-controlled trial. Age and Ageing, 34, 256–261.
MEGA. (2006). Electrodialysis. Retrieved from http://www.mega.cz/electrodialysis.html
Mikhaylin, S. (2015). Impact des champs électriques pulsés à courte durée d’impulsion/Pause sur le colmatage des membranes en cours de procédés électromembranaires: mécanismes d’action et influence sur les performances des procédés. Université Laval.
Mikhaylin, S., Nikonenko, V., Pismenskaya, N., Pourcelly, G., Choi, S., Jean, H., … Bazinet, L. (2016). How physico-chemical and surface properties of cation-exchange membrane affect membrane scaling and electroconvective vortices : Influence on performance of electrodialysis with pulsed electric field. DES, 393, 102–114.
Mikhaylin, S., Nikonenko, V., Pourcelly, G., & Bazinet, L. (2014). Intensification of demineralization process and decrease in scaling by application of pulsed electric field with short pulse / pause conditions. Journal of Membrane Science, 468, 389–399.
Mikhaylin, S., Nikonenko, V., Pourcelly, G., & Bazinet, L. (2016). Hybrid bipolar membrane electrodialysis / ultrafiltration technology assisted by a pulsed electric field for casein production. Green Chemistry, 18, 307–314.
Mishchuk, N. A., Verbich, S. V, & Gonzales-Caballero, F. (2001). Concentration Polarization and Specific Selectivity of Membranes in Pulse Mode. Colloid Journal, 63(5), 586–594.
Nagarale, R. K., Gohil, G. S., & Shahi, V. K. (2006). Recent developments on ion-exchange membranes and electro-membrane processes. Advances in Colloid and Interface Science, 119, 97–130.
Neto, C. C. (2011). Cranberries: Ripe for more cancer research? Journal of the Science of Food and Agriculture, 91(13), 2303–2307.
Nicholson, W., Carliebe, A., & Al., &. (1800). Experiments in galvanic electricity. Philosophical Magazine, (7), 337–347.
Nollet, J. A. . (1752). Recherches sur les causes du bouillonnement des liquides. Paris: Histoire de l’Académie Royale des Sciences.
Pukelsheim, F. (2006). Optimal Design of Experiments. (P. 19104) Philadelphia, Pa. : Society for Industrial and
74
Applied Mathematics (SIAM, 3600 Market Street, Floor 6, Philadelphia, Ed.). Augsburg, Germany.
Raz, R., Chazan, B., & Dan, M. (2004). Cranberry Juice and Urinary Tract Infection. Clinical Infectious Diseases, 38(10), 1413–1419.
Ren, H., Wang, Q., Zhang, X., Kang, R., & Shi, S. (2008). Membrane fouling caused by amino acid and calcium during bipolar membrane electrodialysis. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 1557(April), 1551–1557.
Riboli, E., & Norat, T. (2003). Epidemiologic evidence of the protective effect of fruit and vegetables on cancer risk. The American Journal of Clinical Nutrition, 78, 559S–569S.
Roblet, C., Javeed, M., Mikhaylin, S., Pilon, G., Gill, T., Marette, A., & Bazinet, L. (2016). Enhancement of glucose uptake in muscular cell by peptide fractions separated by electrodialysis with filtration membrane from salmon frame protein hydrolysate. Journal of Functional Foods, 22, 337–346.
Royal Society of Chemistry. (n.d.). The Merck index Online: an encyclopedia of chemicals, drugs, and biologicals. Rahway, New Jersey.
Rozoy, E., Boudesocque, L., & Bazinet, L. (2015). Deacidification of cranberry juice by electrodialysis with bipolar membranes. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63(2), 642–651.
Ruiz, B., Sistat, P., Huguet, P., Araya-farias, M., & Bazinet, L. (2007). Application of relaxation periods during electrodialysis of a casein solution : Impact on anion-exchange membrane fouling. Journal of Membrane Science, 287, 41–50.
Samson, C. (2013). Québec, troisième producteur au monde de canneberges. Le Soleil. Retrieved from http://www.lapresse.ca/le-soleil/affaires/agro-alimentaire/201309/22/01-4691973-quebec-troisieme-producteur-de-canneberges-au-monde.php
Santé Canada. (2010). Fichier canadien sur les éléments nutritifs (FCÉN)-Recherche par aliment. Retrieved from http://webprod3.hc-sc.gc.ca/cnf-fce/index-fra.jsp
Seeram, N. P., Adams, L. S., Hardy, M. L., & Heber, D. (2004). Total cranberry extract vs. its phytochemical consituents: antiproliferative and synergistic effects against human tumor cell lines. J Agric Food Chem, 52, 2512–2517.
Serre, E., Boutin, Y., Langevin, M., Lutin, F., Pedneault, K., Lacour, S., & Bazinet, L. (2016). Deacidification of cranberry juice protects against disruption of in-vitro intestinal cell barrier integrity. Journal of Functional Foods, 26, 208–216.
Serre, E., Rozoy, E., Pedneault, K., Lacour, S., & Bazinet, L. (2016). Deacidification of cranberry juice by electrodialysis: Impact of membrane types and configurations on acid migration and juice physicochemical characteristics. Separation and Purification Technology, 163, 228–237.
Shui, G., & Leong, L. (2002). Separation and determination of organic acids and phenolic compounds in fruit juices and drinks by high-performance liquid chromatography. Journal of Chromatography A, 977, 89–96. Retrieved from http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021967302013456
Sistat, P., Huguet, P., Ruiz, B., Pourcelly, G., Mareev, S. A., & Nikonenko, V. V. (2015). Effect of pulsed electric field on electrodialysis of a NaCl solution in sub-limiting current regime. Electrochimica Acta, 164, 267–280.
Société canadienne du cancer. (2016). Développement de la cellule cancéreuse. Retrieved from http://www.cancer.ca/fr-ca/cancer-information/cancer-101/what-is-cancer/cancer-cell-development/?region=on
Strathmann, H. (2010). Electrodialysis , a mature technology with a multitude of new applications. Desalination,
75
264(3), 268–288.
Suwal, S., Amiot, J., Beaulieu, L., & Bazinet, L. (2016). Effect of pulsed electric field and polarity reversal on peptide/ amino acid migration, selectivity and fouling mitigation. Journal of Membrane Science, 510, 405–416.
Takahashi, S., Hamasuna, R., Yasuda, M., Arakawa, S., Tanaka, K., Ishikawa, K., … Matsumoto, T. (2013). A randomized clinical trial to evaluate the preventive effect of cranberry juice (UR65) for patients with recurrent urinary tract infection. Journal of Infection and Chemotherapy, 19(1), 112–117.
Uzdenova, A. M., Kovalenko, A. V., Urtenov, M. K., & Nikonenko, V. V. (2015). Effect of electroconvection during pulsed electric field electrodialysis. Numerical experiments. Electrochemistry Communications, 51, 1–5.
Vasileiou, I., Katsargyris, A., Theocharis, S., & Giaginis, C. (2013). Current clinical status on the preventive effects of cranberry consumption against urinary tract infections. Nutrition Research, 33(8), 595–607.
Vera, E., Dornier, M., Ruales, J., Vaillant, F., & Reynes, M. (2003). Comparison between different ion exchange resins for the deacidification of passion fruit juice. Journal of Food Engineering, 57, 199–207.
Vera, E., Ruales, J., Dornier, M., Sandeaux, J., Persin, F., Pourcelly, G., … Reynes, M. (2003). Comparison of different methods for deacidification of clarified passion fruit juice. Journal of Food Engineering, 59, 361–367.
Vera, E., Ruales, J., Sandeaux, J., Persin, F., Pourcelly, G., & Dornier, M. (2009). Deacidification of passion fruit juice by electrodialysis with bipolar membrane after different pretreatments. Journal of Food Engineering, 90(1), 67–73.
Viskelis, P., Rubinskiene, M., Jasutiene, I., Sarkinas, A., Daubaras, R., & Cesoniene, L. (2009). Anthocyanins, Antioxidative, and Antimicrobial Properties of American Cranberry ( Vaccinium macrocarpon Ait .) and their Press Cakes. Food Chemistry, 74(2), C157–C161.
Voss, H. (1986). Deacidification of citric acid solutions by electrodialysis. Journal of Membrane Science, 27, 165–171.
Weiss, E. I., Lev-Dor, R., Sharon, N., & Ofek, I. (2017). Inhibitory Effect of a High-Molecular-Weight Constituent of Cranberry on Adhesion of Oral Bacteria. Food Science and Nutrition, 8398(April), 285–292.
Wing, D. A., Rumney, P. J., Preslicka, C. W., & Chung, J. H. (2008). Daily Cranberry Juice for the Prevention of Asymptomatic Bacteriuria in Pregnancy : A Randomized , Controlled Pilot Study. The Journal of Urology, 180(October), 1367–1372.
Wrolstad, E. R. (2004). Natural Food colours, Science and technology. Journal of Food Science, 69(5), C419–C425.
