Analyse de la qualité de la tomate en réponse à une limitation en eau. par Alexandre arbex de castro vilas boas
Résumé
Tomato is the second most consumed vegetable in the world and a quarter of the 140 to 150 million metric tonnes produced per year worldwide is processed. The industry tomato is typically a water-demanding crop. Production is mainly in areas facing increasingly frequent periods of drought, especially due to the context of climate change. Water is a major factor affecting the yield and quality of tomatoes. There is a direct link between upstream agriculture (production) and industrial downstream (processing). Although works to better understand pre-post-harvest links exists, better adapting production to changing climatic constraints is a challenge for the industry tomato, and is the context of this thesis. Its objectives was to analyze during the chain of production and processing, the impact of agronomic and technological factors on the quality of tomato purées, and to identify levers to improve the quality and environmental impact of manufactured products. This work was designed to analyze: 1) What are the main agronomic and technological factors responsible for the variability of the quality of fresh and processed fruit within the French production areas; 2) What are the effects of variety, water supply, ripening stages and process on the fruit quality and their suitability for processing; 3) What are the main features affecting rheological properties of the purees and which are modified by genotype and environmental effects. Our results showed obvious differences in of fruit quality and processed products between the two major area of production in South East or West France, facing contrasted climate and especially for rainfall. Cultivars but also agronomic practices, such as planting density or production cycle duration were responsible for these differences. Both areas did not exhibited real water deficit, and the only climatic differences (thermal amplitudes and cumulative precipitation) did not seem to be a major factor of variation. This study gave also the opportunity to confirm that the commonly used harvest criteria (yield and °Brix) provided little information about the processing ability of tomatoes. In a controlled field and greenhouse experimentation, we showed that decreasing irrigation to replace only 60% of plant evapotranspiration had little effect on the yield, and increased the dry matter yield to + 27%, which is a positive result for the processing efficiency. The efficiency of water-irrigation use was thus increased by an average of 20% over the entire cycle. The composition of the fruit dry matter was not significantly affected by the water deficit in 2016. On the other hand, when these same fruits were transformed according to industrial processes, the water deficit improved the viscosity of the purees without affecting its color. It also limited the loss of viscosity obtained when fruit was processed in a Cold Break way. This result suggested that the enzymatic reactivity of the tissues was reduced. In 2017, a more drastic water stress led to significant differences in yield, but still a limited impact on dry matter content. In an industrial context, where purees are concentrated to the same soluble solid content (SSC), the purees obtain from “water deficit” fruits (WD), exhibited a lower viscosity: this results exhibit the limit of using SSC content as a quality control instead of the real dry matter content: the WD purees showed a lower viscosity, but mainly due to an un appropriate industrial process. And finally, we showed that viscosity control is a multi-factorial phenomenon and when the differences are induced by the cooking method, the viscosity of the serum was the main driving factor while it was the size and shape of the particles and their aggregation potential which were the driving factors for discriminating purees obtained from different cultivars. This thesis gives the opportunity to observe results about the influences of cultural practices and processing on the quality control of manufactured tomato products, and open discussion about the pre/post harvest interaction for the quality control from the field to the plate.
La tomate est le deuxième légume le plus consommé dans le monde et la plus grande partie est consommée sous forme transformée. La tomate d’industrie est typiquement une culture exigeante en eau. La production se situe majoritairement en zone méditerranéenne, confrontée à des périodes de sécheresse de plus en plus fréquentes, et contrainte, dans le contexte de changement climatique, à réduire le prélèvement des ressources en eau pour son agriculture. L’eau est un facteur majeur qui impacte le rendement et la qualité des tomates et il y a donc un lien direct entre l’amont agricole (production), et l’aval industriel (transformation). Bien que des travaux visant à mieux comprendre les liens pré-post-récolte existent, mieux adapter la production face aux contraintes climatiques en évolution reste un challenge pour la filière, et c’est dans ce cadre que ce situe ce travail de thèse. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse était d’analyser au cours de la chaine de production et de transformation, l’impact de facteurs agronomiques et technologiques sur la qualité des purées de tomate, et d’identifier au cours de cette chaine des leviers pour améliorer la qualité gustative, nutritionnelle et environnementale du produit fini. Etant donné cet objectif, ce travail a été construit pour analyser 1) quels sont les principaux facteurs agronomiques et technologiques responsables de la variabilité de la qualité des fruits frais et transformés au sein des zones de production françaises de tomates d’industrie ; 2) quels sont les effets de la variété, des apports en eau, du stade de développement, et du procédé sur la qualité des fruits frais et leur aptitude à la transformation ; 3) Quels sont les processus responsables des modifications des propriétés rhéologiques des purées. Nos résultats ont montré des différences de qualité des fruits et des produits finis entre les deux grandes régions de production françaises de tomates d’industrie en 2015. Le choix du cultivar et des pratiques, comme la densité de plantation ou la durée du cycle de production, étaient responsables de ces différences. En l’absence de déficit hydrique, les différences climatiques (amplitudes thermiques et cumul de précipitations) n’ont pas semblé être un facteur majeur de variation. L’exploration des liens pré-post-récoltes a ensuite confirmé que les critères à la récolte couramment utilisés (rendement et °Brix) renseignaient peu sur l’aptitude à la transformation des tomates. De plus, nous avons montré que diminuer l’irrigation jusqu’à ne remplacer que 60 % de l’évapotranspiration des plantes n’a que très peu affecté le rendement en fruit frais, et a augmenté le rendement en matière sèche jusqu’à +27%, ce qui est positif pour l’usine. L’efficience de l’utilisation de l’eau d’irrigation a ainsi été augmentée d’en moyenne 20% sur tout le cycle. La composition de la matière sèche des fruits à la récolte n’a pas été significativement affectée par le déficit hydrique en 2016. En revanche, lorsque ces mêmes fruits ont été transformés selon des procédés industriels, le déficit hydrique a amélioré la viscosité de la purée sans affecter sa couleur. Il a également limité la perte de viscosité obtenue lorsque le procédé possède une phase de macération à basse température (Cold Break (CB)). Ce résultat a suggéré que la réactivité enzymatique des tissus a été réduite. En revanche, un stress hydrique plus drastique en 2017 a induit des fortes différences de teneur en matière sèche. Comme les purée sont concentrée à la même teneur en SSC, alors les purée WD, où moins d’eau a été éliminée, montre une viscosité plus faible. La maitrise de la matière sèche n’est pas le seul facteur affectant la rhéologie des purées. C’est un phénomène complexe dépendant de plusieurs facteurs. En effet, lorsque les différences de viscosité sont induites par le mode de cuisson, c’est principalement la viscosité du sérum (partie liquide de la purée) qui est en jeu. Lorsque les variations de viscosité sont induites par l’utilisation d’une variété avec un fort potentiel de viscosité (tomate à Ketchup), ce sont les tailles et formes des particules et leur potentiel d’agrégation qui sont impliqués. L’élaboration de ce schéma global de la viscosité et la réalisation d’essais à différentes échelles (laboratoire, usine) permettront d’adapter les procédés en fonction de la qualité des fruits entrant à l’usine, pour un pilotage de la qualité du champ à l’assiette.