Effect of pre-crusting on solute uptake during immersion freezing

Immersion chilling and frezing (ICF) consists of direct contact of a food product with a low freezing point aqueous solution (AF). Common AF are brine, sugar solutions, alcohol water mixtures. The development of ICF process as a common technique of refrigeration has been stalled by the poor control of solute uptake by the product to freeze. Although there is little experimental evidence of its effect for reducing solute impregnation, the main key factor reported in literature is the quick formation of a frozen food layer. Hence this work aimed at characterizing the effect of an air-blast precrusting before ICF (air temperature at -50°C) on the solute uptake level obtained by apple cylinders (r= 1cm, h = 3 cm) immersed in a NaCl-water freezant (21% w/w NaCl, -17.8°C). Results showed that common precrusting (1mm thick) is not efficient in reducing solute uptake compared to the non pretreatment reference and that deeper crusting should be performed to decrease solute impregnation during ICF. Our theorical knowledge about the mechanisms of coupled heat and mass transfer during ICF confirmed the experimental trends and emphasized that the impregnation rate is the slowest for food surface temperature as low as possible. For practical purposes, the use of precrusting should be optimized together with the rate of surface cooling during the ICF stage. / La réfrigération-congélation par immersion (RCPI) consiste à mettre en contact un produit alimentaire avec une solution aqueuse présentant un bas point de congélation. Les solutions les plus utilisées sont à base de sels (saumures), de sucres et d'alcools. Le développement du procédé de RCPI comme une technique courante de réfrigération-congélation a été freiné par un mauvais contrôle de l'imprégnation en soluté du produit à congeler. Le principal facteur de contrôle rencontré dans la littérature est la formation rapide d'une couche de produit congelé en surface, bien que peu de données expérimentales viennent confirmer l'effet d'une telle couche pour réduire l'imprégnation en soluté. Ce travail a donc pour objectif de caractériser l'effet d'un pré-croûtage (température de l'air, -50°C) avant RCPI sur le niveau de gain en soluté obtenu sur des cylindres de pomme (r=1cm, h=3cm) immergés dans une solution à base de NaCl (21%p/p, -17,8°C). Les résultats obtenus ont montré qu'un croûtage standard (1mm d'épaisseur) ne permettait pas de réduire l'imprégnation en soluté par rapport à une référence sans pré-traitement et qu'un croûtage plus en profondeur serait nécessaire pour obtenir une réduction significative. Notre connaissance théorique des mécanismes régissant les transferts couplés de chaleur et de matière au cours du procédé de RCPI a confirmé ces tendances expérimentales et a permis de montrer que la vitesse d'imprégnation est plus lente pour des températures en surface du produit les plus basses possibles. En pratique, l'utilisation d'un précroûtage doit donc être optimisée avec la vitesse de refroidissment du produit en surface au cours du procédé de RCPI.