© 2010 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Cahiers de nutrition et diététique (2010) 45, S52-S59

Correspondance / Correspondence gilles.trystram@agroparistech.fr

Effets des transformations industrielles des pommes de terre sur les propriétés nutritionnelles

The nutritional properties of frozen potato products

RésuméLa pomme de terre se caractérise par une grande diversité de matière première (variété) toujours présente à l’état solide et non ingérable directement car l’amidon n’y est pas digestible. Dans tout processus industriel utilisant des pommes de terre, le traitement technologique devra assurer a minima la digestibilité de l’amidon et des protéines. Il existe en conséquence une grande diversité de voies technologiques, selon que la pomme de terre est traitée entière, coupée en tranches ou morceaux épais ou non ; et selon la recherche de propriétés notamment de texture, induites par la mise en œuvre plus ou moins intense de traitements thermiques. Au niveau industriel, les pommes de terre sont essentiellement séchées, cuites, blanchies ou frites (et ce sous forme de frites ou de chips). Le séchage peut également intervenir en morceaux ou à partir d’une purée pour obtenir des fl ocons (purée déshydratée).La compréhension de l’impact technologique sur la composition et l’effi cience nutritionnelle des pommes de terre constitue un véritable enjeu, compte tenu de l’ampleur de la consommation de ce produit et de la grande richesse de nutriments qu’il contient.© 2010 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

KEYWORDSBlanching, dehydration, fl akes, French fries, frying, heat treatment, legislation, mashed potato, potato processing

MOTS CLÉSBlanchiment, déshydratation, fl ocons, frites, friture, législation, purée, traitement thermique, transformation de la pomme de terre

AbstractThe potato is characterized by a wide diversity of raw material (varieties), which is always present in the solid state and cannot be digested directly because the starch in it is indigestible. Any industrial potato process must, at the very least, ensure that the potato starch and proteins are digestible. Consequently, a wide variety of processing technologies are used, depending on whether the potato is whole, sliced or chopped, and on how thick the pieces are. The choice of technology will also depend on the properties (especially the texture) required, which are infl uenced by the intensity of heat treatment used. On the industrial level, potatoes are mainly dried, cooked, blanched or fried (to produce French fries or potato chips). Drying techniques can be applied to either chopped or mashed potato to produce fl akes (dehydrated mashed potato).Understanding the effects of technology on the nutritional composition and value of potatoes is a huge challenge, given the large quantities consumed and the wide variety of nutrients that they provide.© 2010 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Gilles Trystram

Head of the Food Process Engineering Department and Director, AgroParisTech, 1 avenue des Olympiades, F-91744 Massy, France

Effets des transformations industrielles des pommes de terre… / The nutritional properties of frozen potato products S53

Introduction

Les traitements technologiques appliqués à la pomme de terre ont des conséquences multiples et relèvent d’attributs organoleptiques, technologiques (aptitude à la manipulation, à la conservation), nutritionnels et sanitaires. Ce dernier point est peu abordé au plan microbiologique compte tenu de ce que les traitements thermiques sont souvent largement suffi sants pour assurer la sécurité sanitaire. Par contre, l’in-tensité des traitements construit un environnement chimique pouvant impacter la dimension sanitaire chimique.

Une analyse exhaustive des situations est illusoire, nous proposons dans cet article de compiler les mécanismes principaux mis en œuvre en traitement technologique des pommes de terre, et de commenter leurs effets sur le matériau pomme de terre. Un liminaire essentiel est de garder à l’esprit que les procédés modulent des attributs initiaux liés à la variété, à l’état de vieillissement ou de maturité d’une matière qui évolue en permanence. Les effets induits sont donc variables et l’un des enjeux est de comprendre suffi samment les mécanismes en jeu et leurs degrés de liberté respectifs pour assurer par leur évolution le maintien au meilleur niveau des attributs nutritionnels, organoleptiques et sanitaires du produit fi ni.

La pomme de terre est un solide alimentaire c’est-à-dire un matériau poly-phasique hétérogène. C’est un solide natif dont la transformation sera conditionnée par la structure initiale de la matière biologique (la structure cellulaire notamment). Ces phases sont composées d’une très grande variété de constituants : eau (liquide, vapeur), amidon, sels, minéraux, polyosides, lipides, protéines, gaz dissous ou non, vitamines et composés aromatiques. Sous l’effet des forces motrices induites par le procédé, ces phases se déplacent et/ou se transforment (changement de phase) impliquant une modifi cation des propriétés fi nales du produit transformé.

L’élaboration d’une pomme de terre met en œuvre des fl ux de matière et de chaleur. La résultante ne peut pas se raisonner uniquement en termes de bilans de matière et/ou d’énergie. Un matériau riche en eau est susceptible de libérer 1 kg d’eau sous forme de vapeur, par exemple lors d’un séchage par ébullition (en lui procurant 2 260 kJ, chaleur latente de vaporisation de l’eau). À l’opposé, lors d’un traitement thermique de grillage par rayonnement infra rouge avec la même quantité d’énergie, une très faible quantité d’eau se vaporisera. L’impact des transferts de chaleur et/ou de matière diffère ainsi selon le matériau traité, la nature de son traitement ainsi que la dynamique des échanges avec son environnement pendant son traite-ment. Ces contraintes caractéristiques propres aux matériaux alimentaires expliquent les efforts à réaliser pour mieux comprendre les processus bio-physico-chimiques au sein du matériau, aux interfaces entre celui-ci et son environnement mais également pour comprendre sa réactivité et l’ensemble des phénomènes gouvernant les processus de création des solides alimentaires.

Les conditions induites par le procédé génèrent des forces motrices qui provoquent au sein du produit et à son interface externe des fl ux d’énergie, de matière ou de quantité de mouvement (déplacement de molécu-les). Localement, ces conditions mettent en œuvre des transports de molécules, des changements d’états et des réactions chimiques et biochimiques. L’ensemble impacte la valeur nutritionnelle et sanitaire d’une pomme de terre transformée.

Introduction

Technological processes have a broad range of effects on the organoleptic, nutritional and safety properties of the potato products, as well as on technological factors such as handling and storage. The microbiological safety of potatoes is usually not investigated, as the heat-treatment processes used are often largely adequate to ensure that they are safe to eat. On the other hand, the intensity of these processes creates a chemical environment that can have an impact on the chemical safety of potatoes.

As it is impossible to perform an exhaustive analysis of all existing situations, the fi rst part of this article presents the main potato processing technologies used, and discusses how they affect the potato raw material. It is essential to bear in mind that such technologies affect original proper-ties deriving from the variety, age and maturity of the raw material, which are constantly changing. Hence the effects are variable, and one of the main challenges is to understand the mechanisms involved and how far each of them can be modifi ed to maintain the best nutritional, organoleptic and safety properties possible.

The potato is a food solid, i.e. a heterogeneous, mul-tiphase material. It is an indigenous solid, the processing of which depends on the initial structure of the biological material (the cell structure in particular). These phases comprise a very wide variety of components: water (liquid, steam), starch, salts, minerals, polysaccharides, lipids, proteins, dissolved and undissolved gases, vitamins and aromatic compounds. These phases move and/or change under the action of the driving forces triggered by proces-sing, thereby modifying the fi nal properties of the processed product.

The development of a potato product involves both mass and heat transfers. The resultant cannot be considered solely in terms of mass and/or energy balance. For example, a material with a high water content is likely to release 1 kg of water vapor during boiling drying (when 2260 kJ of heat are applied, which is the latent heat of vaporization of water). On the contrary, an infrared grilling process delivering the same quantity of heat will produce very little water vapor. Therefore, the impact of heat and/or mass transfers varies according to the material being processed, the processing technology used and the exchanges with the environment during the process. These characteristic constraints, which are specifi c to food materials, explain why it is so important (i) to improve our knowledge of the biological, physical and chemical processes occurring within a material and at the interfaces between the material and its environment and (ii) to understand the reactivity of the material and all the phenomena governing the food solid creation process.

The conditions resulting from the process generate driving forces, which in turn trigger energy, mass and linear momen-tum transfers (molecular displacement) within the product and at its external interfaces. Locally, these conditions result in molecular displacement, phase changes and chemical and biochemical reactions. All this affects the nutritional and safety value of the processed potato.

S54 G. Trystram

Principales opérations industrielles et leurs impacts

Les principales opérations utilisées dans la transforma-tion industrielle des pommes de terre sont la cuisson, le séchage, le blanchiment, l’imprégnation, la friture et le refroidissement voire la surgélation. Dans les paragraphes qui suivent, l’analyse de chaque opération est proposée soulignant les fl ux mis en œuvre, les forces motrices et leurs conséquences sur les propriétés nutritionnelles de la pomme de terre transformée.

Épluchage, coupe

De nombreuses molécules sont présentes en surface et dans la peau des pommes de terre. Lors de l’épluchage et de l’éventuel lavage associé, il y a perte et entraînement des molécules ayant notamment une affi nité avec l’eau. Lors de la coupe, les cellules sont coupées et les liquides intra-cellulaires sont perdus, entrainés vers l’extérieur. Ainsi une quantité signifi cative d’amidon et de micronutriments peut être perdue, selon la manière dont la coupe est conduite. Les pertes sont estimées autour de 10 %.

Blanchiment, cuisson en immersion dans un milieu aqueux

Le blanchiment vise à inhiber, pour la plupart des végétaux, l’action des enzymes qui dégradent certaines propriétés du produit après transformation (polyphenoloxy-dases, liées au brunissement enzymatique notamment). Il y aussi élimination de sucres réducteurs entrainés par l’eau. Le blanchiment est généralement conduit en milieu liquide (eau) à température élevée (entre 60°C et 100°C), pendant une durée variable selon la variété et l’état de maturité. Il existe des alternatives de blanchiment en ambiance de vapeur. Dans certains cas, l’immersion en milieu aqueux chaud est aussi utilisée pour cuire le produit (gonfl ement et dénaturation des amidons notamment).

Le différentiel de concentration entre la surface de pomme de terre et le milieu de traitement entraîne un trans-fert convectif (externe) et diffusif (interne). L’utilisation d’un milieu chaud induit un transfert de chaleur de la source chaude externe vers le cœur du produit. Un fl ux de matière, proportionnel au gradient de concentration, essentiellement concerné par l’eau, entraîne toutes les molécules ayant une affi nité avec l’eau. Parallèlement, la phase liquide du produit conduit l’énergie par diffusion vers le cœur du produit. L’épaisseur joue un rôle majeur dans la durée du traitement.

L’eau étant rendue mobile, elle entraîne toutes les molécules hydrophiles : micronutriments, minéraux, vita-mines, sucres. Si le traitement est assez long, le transport interne provoque un départ en surface de l’essentiel de ces nutriments. Plus le produit est fi n, plus ce départ sera signifi catif. Le fait de travailler à température élevée peut entrainer l’initiation de réactions biochimiques consom-mant ou créant des néoformés. Le fait que le produit soit immergé, sans contact avec l’air, réduit les réactions oxydatives.

Séchage en air chaud (cuisson)

Le séchage est souvent utilisé pour réduire la teneur en eau avant une autre opération. Un des effets notables est la

The main industrial processes and their effects

The main processes used in potato processing are cooking, drying, blanching, impregnation, frying, cooling and even quick-freezing. An analysis of each process is provided below, focusing on the transfers involved, the driving forces and their impacts on the nutritional properties of the processed potato.

Peeling, cutting

A large number of molecules are present on the potato’s surface and in its skin. These molecules are lost during peeling and washing, especially those with an affi nity for water. During cutting, the cells are cut and the intracellular fl uids drain out and are lost. Hence, a considerable amount of starch and micronutrients can be lost, depending on how the potatoes are cut. These losses are estimated at around 10 percent.

Blanching, or cooking by immersion in an aqueous medium

In most vegetables, blanching inhibits the enzymes which degrade some of the product’s properties after processing (polyphenol oxidases, which are connected with enzyme browning in particular). In addition, reducing sugars are leached out into the blanching water. Blanching is generally performed in a liquid medium (water) at a high temperature (between 60°C and 100°C). The blanching time varies depending on the variety and maturity of the potato. Alternative blanching methods exist, using steam. In some cases, immersion in a hot, aqueous medium is also used to cook the product (leading, in particular, to the swelling and denaturation of the starch granules).

The concentration differential between the surface of the potato and the processing medium causes a convective (exter-nal) and diffusive (internal) transfer. The use of a hot medium induces a transfer of heat from the external heat source to the centre of the potato. A mass transfer proportional to the concentration gradient - which is essentially determined by the movement of water - carries away all the molecules with an affi nity for water. At the same time, during the aqueous phase of the potato cells, the heat from the water is drawn to the centre of the potato by diffusion. The thickness of the potato has a signifi cant infl uence on the processing time.

As the water is mobile, it attracts all the hydrophilic molecules: micronutrients, minerals, vitamins and sugars. If the processing time is long enough, the internal transfer causes most of these nutrients to be leached to the surface of the water. The thinner the product, the more marked this leaching process will be. The fact that the blanching water is very hot can trigger biochemical reactions that consume or create neo-formed compounds. The fact that the potato is immersed and is not in contact with the air reduces the occurrence of oxidation reactions.

Hot-air drying (cooking)

Drying is often used to reduce water content before beginning another process. One of the main effects of drying

Effets des transformations industrielles des pommes de terre… / The nutritional properties of frozen potato products S55

construction par déshydratation d’une couche superfi cielle différente de la structure interne du produit (conséquence organoleptique) [1].

Le niveau d’énergie est rarement très intense (tem-pérature inférieure à 140°C), les transformations restent donc faibles. Néanmoins, le départ d’eau par évaporation en surface entraîne la formation de volatiles, donc des pertes de molécules intéressantes peuvent en découler. Sous l’effet du transfert interne, les transports internes d’eau déplacent des nutriments hydrosolubles. Ceci provoque des gradients internes de concentration qui, dans les étapes ultérieures des opérations, peuvent avoir un rôle [2,3].

En séchage de purée de pomme de terre (fl ocons), réali-sée sur cylindre sécheur le plus souvent, l’apport d’énergie est fait par contact. Les fl ux sont intenses et la durée de traitement est faible, quelques dizaines de secondes (le rapport énergie utilisée sur eau évaporée est excellent). La dégradation des propriétés nutritionnelles est faible du fait du couple temps/température favorable. Avant séchage pour obtenir les fl ocons, la purée est cuite en échangeur à surface raclée sous contre pression.

Cuisson ou séchage en ambiance de vapeur

La cuisson est indispensable pour rendre une pomme de terre digestible, à des températures élevées supérieures à 80°C. Des transformations chimiques en sont la conséquence, conditionnée par la concentration initiale en réactants (fonc-tion de l’état de vieillissement et de la variété). Des réactions de Maillard sont initiées avec création de composés néoformés positifs (caroténoïdes) et négatifs (composés de Maillard, HMF, furfural et acrylamide notamment). La surface est transformée très rapidement car les fl ux de condensation de vapeur libèrent une grande quantité d’énergie, les propriétés de la surface sont donc très sensiblement différentes du cœur du produit. L’utilisation d’une ambiance de vapeur pure (sans air) permet de se prémunir des réactions d’oxydation.

Une partie de la production industrielle concerne des pommes de terre épluchées (de petit calibre), cuites et appertisées. Elles sont stérilisées en emballage sous vide quelques minutes entre 100°C et 130°C.

Friture [4]

La friture, notamment friture profonde, consiste en l’immersion dans un bain d’huile chauffé de morceaux de pommes de terre (frites ou chips). Les températures varient de 140°C à 180°C (parfois plus), la durée de traitement est, en un ou deux bains, voisine de une à quelques minutes et la nature des huiles est souvent un mélange (base tournesol dans le meilleur des cas). Cela provoque un transfert intense qui induit un fort départ d’eau. Il se crée en surface une zone déshydratée qui va progresser vers le cœur du produit installant, pour une frite, un différentiel de structure inté-ressant au plan organoleptique.

La friture est utilisée principalement pour réaliser des transformations qui augmentent i) la digestibilité des aliments en facilitant leur trituration et assimilation du fait de la gélati-nisation des protéines et de l’amidon, ii) la qualité sensorielle des aliments par le développement de texture, couleurs et fl a-veurs iii) la stabilisation de matières premières ou aliments par l’abaissement de la teneur en eau du matériau et l’inactivation des micro-organismes. Le procédé de friture est considéré

is the development of a superfi cial layer due to dehydration, which is different to the internal structure of the product (impact on organoleptic properties) [1].

The temperature is rarely very high (below 140°C), so the changes are minimal. Nevertheless, the loss of water through surface evaporation leads to the development of volatile products and therefore in some cases to the loss of valuable molecules. During the internal transfer process, the internal movement of water moves water-soluble nutrients to the product surface. This leads to internal concentration gradients, which may play a role in subsequent stages of the process [2,3].

In most mashed potato drying processes (the purpose of which is to produce potato fl akes), a drying cylinder is used and the potatoes come in direct contact with the hot drying air. The transfer rates are high and the processing time only lasts for a few dozen seconds (the heat to evaporated water ratio is excellent). There is very little damage to nutritional quality, owing to the propitious combination of time and temperature. Prior to drying and the resulting production of potato fl akes, the mashed potato is cooked in a scraped-surface heat exchanger under back pressure conditions.

Steam cooking or drying

Potatoes must be cooked at high temperatures (above 80°C) before they are digestible. This results in chemical transformations, which are determined by the initial concentration of reactants (which varies according to the age and variety of the potato). Maillard reactions are induced, leading to the creation of positive neo-formed compounds (carotenoids) and negative neo-formed com-pounds (for example Maillard compounds, HMF, furfural and acrylamide). The potato surface changes very quickly, as the steam condensate fl ows generate a large amount of heat. As a result the potato’s surface properties are very signifi cantly different to its internal properties. The use of a pure steam environment (without air) prevents oxidizing reactions.

Some industrial processes involve small, peeled potatoes, which have been cooked and appertized. These potatoes are vacuum-packed and sterilized for a few minutes at temperatures between 100°C and 130°C.

Frying [4]

Frying, especially deep-fat frying, consists in immersing pieces of potato (fries or chips) in hot oil. The oil tempe-rature varies from 140°C to 180°C or more, the processing time (which may involve one or two oil baths) ranges from one to several minutes, and in many cases a combination of different oils is used (the best combinations being based on sunfl ower oil). Frying triggers an intense heat and mass transfer, and induces substantial water loss. A dehydrated area forms on the surface of the potato, which then moves towards the centre. In fries, this leads to a difference in structure between the surface of the potato and the interior, which is advantageous from an organoleptic point of view.

Frying is mainly used to improve i) the digestibility of food products by gelatinizing their proteins and starch and hence making them easier to break down and assimilate, ii) the sensory quality of food products by enhancing their texture, color and fl avor, and iii) the stability of raw materials or food products through a reduction in their water content and the inactivation of microorganisms. Frying is seen not only

S56 G. Trystram

comme une opération de cuisson, de stabilisation, mais aussi de séchage, d’imprégnation, voire de structuration.

Les transferts de chaleur sont le moteur de l’évolution rapide du matériau au cours de la friture. Un transfert convectif se met en place entre la surface externe du maté-riau et l’huile chaude. La chaleur migre par diffusion, plus ou moins enrichie de migration, dans la structure poreuse du matériau. La surface du matériau au contact de l’huile du bain atteint de manière quasi instantanée la température d’ébullition de l’eau et l’ébullition, détectée par un premier fl ot de bulles, s’amorce. Au même moment, un front de température compris entre 100 et 110°C avance à l’intérieur de la pomme de terre par conduction. On considère générale-ment que la réduction du débit évaporatoire est inversement proportionnelle à l’épaisseur de la zone sèche.

Enfi n, la période de vaporisation de l’eau ne concerne que les matériaux pour lesquels la déshydratation est poussée en deçà du domaine saturant et pour lesquels de faibles activités de l’eau sont requises pour la conservation du produit frit (chips). Le matériau est alors constitué d’une croûte continue poreuse déshydratée, éventuellement retirée ou expansée, de faible conductivité thermique.

La vaporisation et la zone poreuse, sèche, et surchauffée (croûte) sont le siège des principales transformations qui seront responsables du développement ou de la perception de la qualité organoleptique et nutritionnelle des pommes de terre transformées. Le cœur du matériau, tant qu’il est humide, reste indifférencié, généralement souple et à des températures plus basses, c’est-à-dire proches de la température d’ébullition. On rencontre principalement les réactions de thermo dégradation des pigments et vitamines, l’inactivation des micro-organis-mes et des enzymes, les réactions de Maillard, produites en présence d’acides aminés et de sucre réducteur. Plus que les réactions biochimiques, les transformations physico-chimiques des polymères dépendent fortement de la teneur en eau et de la température où est réalisée la transformation. Ainsi, la gélatinisation de l’amidon apparaîtra au cours de la friture en présence d’un excès d’eau, et donc à des températures inférieures ou égales à 100°C (à pression atmosphérique), quant à elle la transition vers l’état vitreux de l’amidon géla-tinisé se produira au contraire dans des domaines de faibles teneurs en eau, et donc à des températures très supérieures à la température de saturation [5, 6].

Conséquences de la friture au plan nutritionnel

Les transformations et les réactions apparaissent donc comme une conséquence des historiques hydro thermiques respectifs de la croûte et du cœur du matériau, lors de la friture et lors du refroidissement. Le développement de la structure des matériaux frits a été relativement peu étudié et est toujours peu compris. Des études ont montré que la plupart des structures externes des cellules étaient conservées après friture. Dans les tranches de pommes de terre, les structures cellulaires superfi cielles, plus rapidement déshydratées, sont rigides et s’opposent à l’expansion du matériau alors que le cœur humide viscoélastique reste sous tension [7,8].

L’imprégnation en matières grasses est enfi n la consé-quence directe de la mise en contact du matériau avec l’huile du bain de friture. La majorité des auteurs s’accordent pour penser que l’imprégnation d’huile a principalement lieu lors du retrait du produit du bain [7,9]. La dépression induite par le changement brusque de température favorise l’imprégnation

as a cooking and stabilization process, but also as a drying, impregnation and even structuring process.

The heat transfers triggered by frying drive the rapid changes observed in the material being fried. A convective transfer takes place between the external surface of the material and the hot oil. The heat travels by diffusion – and to some extent by migration – through the porous structure of the product. The surface of the product, which is in contact with the oil, reaches water boiling temperature almost instantaneously, and ebullition - which can be observed through the appearance of bubbles - begins. At the same time, a temperature front of 100°C to 110°C travels through the potato by conduction. It is generally considered that the reduction in the evaporation rate is inversely proportional to the thickness of the dehydrated area.

Finally, the water vaporization phase only occurs in materials where the dehydration process extends beyond the saturated area, and in which low levels of water activity are required to preserve the fried product (potato chips). In this case, the material is composed of a dehydrated, porous, continuous crust, which may be further extended or expanded and has low heat conductivity.

The main transformations occur during vaporization and in the dry, overheated, porous area (crust). These transformations are responsible for the development and perception of the organoleptic and nutritional qualities of processed potatoes. As long as the centre of the potato is moist, it remains undifferentiated and generally fl exible, and its temperature is lower (i.e. close to ebullition point). The main reactions observed are the thermal degradation of pigments and vitamins, the inactivation of microorganisms and enzymes, and Maillard reactions due to the presence of amino acids and reducing sugars. Unlike biochemical reactions, physical and chemical transformations of the polymers are strongly linked with the water content and with the processing temperature. Hence, starch will gela-tinize during frying if there is a lot of excess moisture, therefore at a temperature of 100°C or less (at atmospheric pressure). On the other hand, the gelatinized starch will take on a glassy appearance where the moisture level is low and the temperature is well above saturation temperature [5, 6].

The effects of frying on nutritional properties

Therefore, transformations and reactions occur as a result of hydro-thermal activity in the crust and the centre of the product during frying and cooling. Very little research has been conducted into the changes in the structure of fried food products, and as a result the understanding of these changes is limited. Studies have shown that most of the external structu-res of cells remain unchanged after frying. In potato slices, the structure of the surface cells (which dehydrate more quickly) is rigid and prevents the product from expanding, while the moist, viscoelastic interior is under strain [7,8].

Oil uptake is a direct consequence of the product coming into contact with the frying oil. Most authors agree that oil uptake occurs mainly when the product is removed from the oil bath [7, 9]. The pressure drop induced by the sudden change in temperature facilitates the hydraulic uptake of the oil on the product’s surface, with the oil fi ling the pores created by the loss of water during frying.

Effets des transformations industrielles des pommes de terre… / The nutritional properties of frozen potato products S57

hydraulique de l’huile située en surface et remplit les pores créés par le départ d’eau en cours de friture.

Les travaux de recherche montrent que la friture a un impact fi nalement réduit au plan nutritionnel, essentielle-ment du fait d’un couple temps/température faible. Les nutriments ayant une affi nité avec l’eau restent principa-lement dans le produit et peu sont perdus, car l’eau est essentiellement extraite sous forme vapeur. Néanmoins, une partie du transfert d’eau se faisant sous forme liquide, l’entraînement de micro nutriments existe. Les composés affi ns à l’huile (certaines vitamines) sont par contre entraî-nés. Les réactions biochimiques fabriquent également des néoformés positifs. Le produit étant immergé, il n’y a pas de dégradation par oxydation [7].

Le modèle « frite » présente un volume intérieur impor-tant dont la teneur en eau est peu affectée par la friture. La déshydratation et l’imprégnation en matières grasses ne sont alors que superfi cielles. Le modèle « chips » est caractérisé par une surface très grande devant l’épaisseur, une très faible teneur en eau résiduelle et une croûte continue. Ces conditions garantissent une activité de l’eau inférieure à 0,4, valeur requise pour la conservation et préservation des qualités organoleptiques des chips pendant plusieurs mois à température ambiante. Après refroidissement, seule la matrice vitrifi ée et poreuse du matériau initial est conservée, les vides laissés par le départ de l’eau sont remplis en proportion variable par l’huile de friture. Lors de l’imprégnation, des composés présents dans l’huile migrent au sein du produit (vitamines par exemple, mais aussi des composés néfastes si l’huile s’est dégradée lors des réactions thermo-oxydatives). La présence de composés antioxydants dans la formulation des huiles permet l’imprégnation du produit et protège de la dégradation (oxydative) des matiè-res grasses.

Imprégnation en milieu liquide formulé

L’immersion de tranches de pommes de terre en milieu liquide ou lipidique entraîne par convection et diffusion l’imprégnation en molécules. Celles-ci, présentes dans le bain (blanchiment, friture), migrent vers le produit et lui confère des propriétés potentiellement intéressantes au plan nutritionnel. Ce moyen de formulation ne déstructure pas la pomme de terre.

Conclusion

Toutes les étapes qui précèdent peuvent être combinées totalement ou partiellement dans un procédé industriel, donnant lieu à des facteurs positifs et négatifs au plan nutritionnel qui agissent en synergie ou en opposition. Il convient de ne pas oublier que dans la plupart des cas, pour une pomme de terre transformée, il reste une étape domestique d’usage du produit qui met en œuvre aussi les mêmes mécanismes que ceux listés dans le tableau pré-cédent. Ce qui est installé correctement à cette échelle industrielle peut être modifi é par l’usage avant ingestion. À ce stade, l’effet de la surgélation reste en partie inconnu. Selon la conduite de l’opération, la taille des cristaux formés varie, modifi ant la structure fi nale. Le comportement post friture, par exemple, lors du réchauffage du produit n’est pas clairement compris.

Research shows that frying ultimately has little impact on nutritional value, mainly due to the low time / temperature ratio. Many of the nutrients with an affi nity for water remain in the product and very few are lost, as most of the water is removed in the form of steam. Nevertheless, as some of the water is transferred in liquid form, some micronutrients are leached out. On the other hand, compounds with an affi nity for oil (i.e. some vitamins) are lost. The biochemical reactions also produce positive neo-formed compounds. As the product is submerged, there is no deterioration due to oxidation [7].

The “French fry” model has a large internal volume, the moisture content of which is hardly affected by frying. Dehydration and oil uptake are therefore only superfi cial. The “potato chip” model is characterized by a very large surface area compared with the thickness, a very low residual water content and a continuous crust. As a result, water activity is below 0.4, which is the maximum value for preserving the organoleptic qualities of potato chips over several months at room temperature. After cooling, only the vitreous and porous matrix of the original material remains, and the pores created by the loss of water are fi lled to varying extents by the frying oil. During impregna-tion, compounds in the oil migrate to the product (vitamins for example, but also harmful compounds if the oil has suffered thermo-oxidative degradation). The presence of anti-oxidant compounds in oil facilitates the impregnation of the product and prevents the (oxidative) degradation of the oil.

Impregnation in a formulated aqueous medium

The immersion of potato slices in water or oil leads to the uptake of molecules by convection and diffusion. The molecules in the blanching water or frying oil migrate to the potato and endow it with potentially valuable nutritional properties. This method does not affect the structure of the potato.

Conclusion

All of the techniques described above can be fully or partially incorporated into an industrial process, hence producing positive and negative nutritional factors which act together or against each other. It is important to remem-ber that, in most cases, processed potatoes also undergo cooking in the home, which triggers the same mechanisms as those described above. Therefore, the results achieved on an industrial scale can be altered by cooking prior to eating. At this stage, the impact of quick-freezing is still not fully understood. The size of the crystals varies according to how the freezing process is conducted, and this affects the fi nal structure of the potato. The behavior of the potato after frying (for example, when it is reheated) is not clearly understood.

S58 G. Trystram

Confl its d’intérêts

L’auteur a été normalement rémunéré pour la rédaction de cet article.

Annexe

Confl icts of interests

The author has been paid normally for writing this article.

Appendix

Point sur les frites et la réglementation

Afi n de faciliter les échanges commerciaux tout en ne trompant pas le consommateur, le législateur a rédigé des textes pour encadrer les bonnes pratiques de fabrication et de commercialisation. Suivant la nature des échanges : mondiaux, communautaires ou nationaux, le niveau de cet encadrement peut varier :

au niveau international, le – Codex Alimentarius a établi un ensemble de normes ou spécifi cations, en particulier pour les légumes surgelés et plus spécifi quement pour les frites surgelées ;

au niveau européen, les Règlements et Directives –rédigés par la Commission européenne et votés par le Parlement, sont plutôt transversaux, orientés vers la sécurité alimentaire, comme les Règlements dits du paquet hygiène (ex : Règlement 852/2004 sur l’hygiène des denrées alimentaires, HACCP, étude de risque), sur les pesticides et autres contaminants, ou la Directive 2000/13 sur l’étiquetage des denrées alimentaires (qui décrit l’ensemble des mentions obligatoires et facultatives de l’étiquetage : ingrédients, poids, conservation, …) ;

au niveau français, le législateur a très souvent publié –des Arrêtés. La France a la chance d’être le seul pays au monde à posséder une réglementation qui défi nit les produits de pommes de terre surgelés (Arrêté du 27 septembre 1983 modifi é).

Nous pouvons ajouter à cela les Spécifi cations Techniques, rédigées par le GMERCN (Groupe d’Études des Marchés de Restauration Collective et de Nutrition) destinées à défi nir les produits dans le cadre des Marchés Publics. Il existe pour les produits de pommes de terre des spécifi cations pour les frites surgelées (défi nissant jusque la longueur minimale des frites, les pommes de terre pré-frites fraîches, les pommes de terre déshydratées pour purée. Pour fi nir cette énumération, il existe aussi un code de bonne pratique pour les chips à l’ancienne ainsi que pour les pommes de terre cuites sous vide.

Que disent ces textes ?

Ces textes, tous basés sur la même architecture, ont pour objectif de défi nir une qualité minimum pour les frites surgelées, les critères listés étant pratiquement identiques, que ce soit au niveau du Codex ou de l’Arrêté français.

La matière première

Elle est constituée du tubercule Solanum tuberosum, quelle que soit la variété.

A review of the regulations on French fries

To facilitate trade while ensuring consumer transparency, legislation has been introduced to establish best manufacturing and marketing practices. This legislative framework may vary according to the type of trade conducted: international, European or national:

On an international level, the – Codex Alimentarius establishes a set of standards or specifi cations for deep-frozen vegetables, in particular French fries.

In Europe, the regulations and directives drawn up –by the European Commission and adopted by the European Parliament tend to be more wide ranging and to focus more on food safety in general. Examples of this are the regulations in the hygiene package (regulation 852/2004 on the hygiene of foodstuffs, HACCP, risk assessment), the regulations on pesticides and other contaminants, and Directive 2000/13 on the labeling of foodstuffs (which lays down requirements regarding compulsory and optional information on labels: ingredients, weight, storage, etc.).

In France, numerous decrees have been issued. France –has the distinction of being the only country in the world to have drawn up regulations on quick-frozen potato products (amended decree of 27th September, 1983).

Also worthy of mention are the Technical Specifi cations drawn up by the GMERCN (study group on the mass catering and nutrition markets), which lay down requirements for products supplied to public-sector institutions. The specifi cations for potato products cover quick-frozen French fries (going so far as to defi ne the minimum required length for fries), fresh, pre-fried potatoes, and dried potatoes for mash. Lastly, there is a code of practice for old fashioned potato chips and for vacuum-cooked potatoes.

What do the regulations say?

These regulations, which are all constructed in a similar fashion, aim to defi ne the minimum quality requirements for quick-frozen French fries. The criteria specifi ed are virtually identical, whether we are looking at the Codex or the French decree.

The raw material

This is the Solanum tuberosum tuber, regardless of the variety.

Effets des transformations industrielles des pommes de terre… / The nutritional properties of frozen potato products S59

Références/References[1] Bonazzi C, Bimbenet JJ. Séchage des produits alimentaires –

Principes. In : Techniques de l’Ingénieur, Agro-Alimentaire, Ref F 3000, 2003, p.1-14.

[2] Vitrac O, Trystram G, Wack AL. Deep-fat frying of food: transfers (heat and mass), transformations and reactions inside the frying material. Eur J of Lip Sci and Tech 2001;102:529-38.

[3] Raoult-Wack AL, Vitrac O, Trystram G, Lucas T. Water mediated phenomena in some multi-functional food products. In: Berk Z, Leslie R, Lillford P, Mizrahi S (Eds). Isopow 8, Water Science for food headline, agriculture and environment. Lancaster: Technomic Publishing Company, 2001, pp. 241-254.

[4] Vitrac O, Trystram G, Wack AL. Procédé de friture et produits frits. In: J. Graille (Ed). Lipides et corps gras alimentaires. Paris: Tech et Doc, 2003, pp. 231-273.

[5] Ni H, Datta AK. Heat and moisture transfer in baking of potato slabs. Drying Technol 1999; 17;2069-92.

[6] Moreira R, Sun X, Chen Y. Factors infl uencing oil uptake in tor-tilla chips in deep fat frying. J of Food Eng 1997;31:485-98.

[7] Baumann B, Escher F. Mass and heat transfer during deep-fat frying of potato slices - I. Rate of drying and oil uptake. Lebensmittel Wissenschaft und Technologie 1995;28:395-403.

[8] Farkas B, Singh P, Rumsey T. Modeling heat and mass transfer in immersion frying. J of Food Eng 1996;29:227-48.

[9] Vitrac O. Caractérisation expérimentale et modélisation de l’opé-ration de friture, Thèse de Doctorat, AgroParisTech Massy, 2000.

La défi nition du produit

C’est ainsi qu’il faut distinguer, par exemple, dans l’Arrêté français :

les frites : 7 à 12 mm de section transversale ; –

les allumettes : 5 à 7 mm ; –

les pommes sautées en rondelles (des tranches de –pommes de terre) ;

les pommes rissolées (des cubes de pommes de –terre) ;

les pommes parisiennes (des petites pommes de terre –entières).

Le procédé de fabrication

Incluant les additifs autorisés dans la norme du Codex Alimentarius.

La teneur en matière sèche minimum

La teneur en matière sèche minimum des frites est par exemple 28 % pour des frites appelées classique, de coupe variant de 7 mm à 12 mm, et de 30 % pour les pommes allumettes (5 mm à 7mm).

La teneur maximum en matières grasses

De même, la teneur maximum des produits de pommes de terre pré-frits surgelés est de 6 % pour les frites et 9 % pour les allumettes, pouvant aller jusque 10 % pour les produits dédiés à la cuisson au four ou au four micro ondes.

Les défauts

Ces textes défi nissent deux types de défauts :

les défauts liés à la matière première : points noirs, –défauts de coloration, pommes de terre vertes, …

les défauts liés au procédé : petits bouts, fausses –coupes, défauts de friture, corps étrangers, …

Ainsi que des niveaux maximum de défauts autorisés.

Cette liste non exhaustive permet donc de rassurer le consommateur. Cependant, ces textes ne défi nissent qu’un niveau minimum de qualité que l’on trouve rarement sur le marché. Ils laissent toute latitude aux industriels et de ce fait, le professionnalisme des opérateurs est la meilleure garantie pour le consommateur d’être satisfait.

Product defi nitionThe French decree, for example, distinguishes between the following products:

French fries: having a cross-section diameter of 7 –to 12 mm

Shoestring fries: 5 to 7 mm –

Sliced sautéed potatoes (potato slices) –

Fried potatoes (potato cubes) –

Parisian potatoes (small, whole potatoes) –

The manufacturing process

Including the additives authorized under the Codex Alimentarius standards.

The minimum dry matter content

The minimum dry matter content is 28 percent for “traditional” French fries (with a cross-section diameter of 7 to 12 mm) and 30 percent for shoestring fries (5 mm to 7mm).

The maximum fat content

The maximum fat content for quick-frozen, pre-fried potato products also varies, from 6 percent for French fries and 9 percent for shoestring fries, to up to 10 percent for products designed for oven and microwave cooking.

Flaws

The regulations specify two types of fl aw:

Flaws in the raw material: black spots, color fl aws, –green potatoes, etc.

Flaws relating to the production process: small pieces, –cutting fl aws, frying fl aws, foreign bodies, etc.

They also establish maximum fl aw tolerance limits.

This non-exhaustive list is designed to reassure consumers. However, the regulations defi ne a minimum level of quality, which is seldom found on the market. They give manufacturers a great deal of freedom, so a high level of professionalism is the best guarantee of consumer satisfaction.