Propriétés rhéologiques des desserts lactés

Propriétés rhéologiques des desserts lactés
J. Korolczuk1, G.El Garawany2, J.F. Maingonnat3
1
Département Agroalimentaire, ENSA, 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes cedex, E-mail :
[email protected],
2
CNR, Département de Technologie Alimentaire et Laitière, El-Tahrir St., 12311 Dokki - Caire, Egypte,
3
INRA LGPTA, 369, rue Jules Guesde, B.P. 39, 59651 Villeneuve d'Ascq Cedex,
Résumé : Les desserts lactés expérimentaux, ont été composés de protéines du lactosérum (0-6%), de phosphate de diamidon hydroxypropylé (0-6%), du sucre (0-20%) de ι-carraghenane (0-0,4%) et du chocolat en poudre (2%). Ils ont
été chauffés à 120°C pendant 10 min. Le module complexe (G*) a été analysé en fonction de la température (80-10°C),
de la fréquence (0,01-2 Hz à 10°C) et de la déformation relative (0,001-1 à 10°C). Le logarithme de G* est une fonction
linéaire de la teneur en protéines, en amidon et en sucre ainsi que du logarithme de la concentration en ι-carraghenane
(ι-C). Pour que la fermeté de desserts soit multipliée par un facteur dix, la teneur en protéines doit augmenter de 7 à 9%.
Le même effet peut être obtenu avec 4-5% d'amidon ou de 45-48% de sucre. Quand la teneur en ι-C augmente dix fois,
la fermeté des desserts est multipliée par un facteur de 1,35. Les desserts contenants plus de 0,05% de ι-C sont plus
élastiques et moins susceptibles à la rupture sous déformation.
Abstract: Experimental milk desserts were composed of whey proteins (0-6%), hydroxypropyl distarch phosphate (06%), sugar (0-20%), ι-carrageenan (0-0.4%), cocoa powder (2%). They were heated at 120°C for 10 minutes. The
complex modulus (G*) was determined as a function of the temperature (80 to 10°C), of the frequency (0.01 to 2 Hz at
10°C) and of the strain (0.001 to 1 at 10°C). The logarithm of G* was a linear function of protein, starch and sugar
content and of the logarithm of ι-C. To multiply the G* by a factor of 10, it was necessary to increase the whey protein
content by 7-9%, or the starch content by 4-5%, or the sugar by 45-48%. When the ι-C concentration increased tenfold
the G* was multiplied by 1.35. The desserts containing more than 0.05% of ι-C were more elastic and less sensitive to
structure break down while strained.
Mots-clés : Rhéologie, desserts, protéines, amidons, carraghenane
1.
Introduction
Un dessert lacté est habituellement composé du lait
(84 à 89%), du sucre (6,5 à 10%), d’amidon (2 à
3.5%), du carraghenane (0,05 à 0,25%), du chocolat
en poudre (2%) [1, 2]. Vanilline, caroténoïdes ou
xanthophylles sont aussi ajoutées en faible quantité
(<0,02%) pour améliorer le goût et modifier la
couleur [1]. La texture semi-solide des desserts
lactés est obtenue grâce à l’utilisation des
polysaccharides. Parmi eux, les amidons et leurs
dérivés jouent un rôle important en raison de leur
pouvoir texturant, qui est une fonction de type de
polysaccharide, de la vitesse de cisaillement, de la
température et du temps de traitement thermique [35]. Un phosphate de diamidon hydroxypropylé est
bien adapté aux desserts stérilisés [5]. Grâce à leurs
excellentes qualités nutritives et leur important
pouvoir gélifiant, les protéines du lactosérum
peuvent être utilisées en tant qu’agent texturant dans
la formulation des nombreux produits alimentaires
dont les desserts lactés [6-17].
L’objective de cette étude était de caractériser les
relations entre les propriétés rhéologiques des
desserts lactés et le pouvoir texturant de leurs
principaux composants.
2.
Matériels et méthodes
Les desserts expérimentaux ont été composés d’un
isolat de protéines du lactosérum (Armor Protéines,
France) de phosphate de diamidon hydroxypropylé
(Roquette Frères, France), de ι-carraghenane (Sanofi
Bio-Industries, France) du sucre (Beghin Say,
France) et du chocolat en poudre (Van Houten,
France).
La teneur en protéines et en amidon a varié entre 0 et
6%, le sucre entre 0 et 20% et le ι- carraghenane
entre 0 et 0,4%. Les desserts ont été chauffés avec
une agitation continue (120 tours/min), à une
température de 120°C pendant 10 minutes.
Le module complexe (G*) a été mesurés à l’aide
d’un rhéomètre AR-1000 (TA, UK) avec une
géométrie cône-plan : diamètre = 6cm, angle = 4°.
3.
Résultats
Au cours de refroidissement des desserts lactés de
80 à 10°C (Fig. 1), on observe une augmentation
progressive du module complexe (G*). Pour des
desserts contenants le ι-carraghenane (ι-C) il y a une
accélération de changement du G* dans une zone de
température entre 50 et 20°C. Plus la teneur en ι-C
est élevé plus l’augmentation du module est
1
importante et le début du changement est observé à
une température plus élevée.
A 80°C, pour obtenir le même effet texturant, il faut
ajouter 3,6 (±0,4)% d’amidon ou 9,3 (±2)% de
protéines ou 48 (±12)% du sucre (Tableau I). A
80°C le ι-C est à l'état liquide et ne participe pas au
raffermissement des desserts. A 10°C le pouvoir
texturant de l’amidon, de la protéine et du sucre est
statistiquement au même niveau qu’à 80°C,
contrairement au ι-C qui, se transformant en gel,
provoque une multiplication du module G* par un
facteur de 1,35 quand sa teneur est multiplié par 10.
Figure 1 : Evolution du logarithme du module complexe
(G*) des desserts lactés au chocolat, pendant le
refroidissement (-1°C/min), en fonction de leur
composition et de la température (T).
Symboles des
échantillons et leur composition : A3P5i0,3S10 = 3% de
di-amidon hydroxypropylé + 5% de protéines du
lactosérum + 0,3% de ι- carraghenane + 10% de sucre.
Pour la gamme des concentrations utilisées dans
cette étude, le logarithme du module complexe (G*
en Pa) à 80°C et à 10°C peut être présenté comme
une fonction linéaire de la teneur (en %) en amidon
(A), en protéine (P), en sucre (S) et du logarithme
de la teneur (en %) en ι-C [12, 18] :
Log(G*) = c + A/a + P/p + S/s + I·log(ι-C)
(1)
Le coefficient c représente une valeur hypothétique
du Log(G*) à 80°C ou à 10°C pour A = 0, P = 0, S =
0 et ι-C = 1%. Les cœfficients a, p et s montrent une
augmentation de la teneur en amidon, en protéine ou
en sucre respectivement pour multiplier par 10 la
valeur du G*. Le coefficient I signifie
l’augmentation du Log(G*) pour une teneur en ι-C
multipliée par 10.
Coefficient
c
a
p
s
I
r²
ET
N
80°C
Valeur
ET
0,22
0,24
3,61
0,44
9,26
2,3
47,6
11,9
-0,040
0,049
0,845
0,147
17
10°C
Valeur
ET
1,18
0,45
4,7
2,0
7,2
2,8
44,5
18,8
0,131
0,010
0,774
0,113
17
Tableau I : Coefficients c, a, p, s et I de l’équation (1)
avec leurs écarts types (ET) et les coefficients de
déterminations multiples (r²) à 80°C et à 10°C.
Figure 2 : Evolution de l’énergie d’activation
d’écoulement des desserts lactés au chocolat, pendant le
refroidissement (-1°C/min), en fonction de leur
composition et de la température (T). Symboles des
échantillons sont les mêmes que dans la figure 1.
En fonction de la composition des desserts et de la
température, l’énergie d’activation d'écoulement
varie de quelques kJ/mol pour des desserts qui ne
contiennent pas de ι-C à prés de 30 kJ/mol pour
ceux qui en contiennent de 0,3% (Fig. 2, Tab. III).
La température du point d’inflexion (Tinf) de
changement du Log(G*) au cours de refroidissement
des desserts lactés, coïncide avec le maximum de pic
d’énergie d’activation dans la figure 2. Elle varie en
fonction de la composition des desserts et peut aussi
être représentée par une relation linéaire de même
type que l’équation (1) :
Tinf = Tc + Ta·A + Tp·P + Ts·S + TI·log(ι-C)
(2)
L’augmentation de 1% de la teneur en amidon, en
protéine ou en sucre, augmente respectivement la
température du point d’inflexion de 2,4 (±0,6), de
4,2 (±0,4) ou de 0,8 (±0,08)°C (Tab. II). Quand la
teneur en ι-C est multipliée par 10 le coefficient Tinf
augmente de 5,1 (±0,7)°C.
L’évolution de l’énergie
d’activation
(E)
d’écoulement, en fonction de la température (T),
présentée dans la figure 2, peut être modélisée par
une relation de Cauchy :
E = Emax / [1 + (T – Tinf)²/D²]
(3)
2
où Emax = énergie d’activation maximale (en
kJ/mol), Tinf = température d’inflexion (en °C), D =
largeur du pic ou ∆T entre la Tinf et la température
correspondante à la moitié de Emax.
Coefficient
Tc
Ta
Tp
Ts
TI
r²
ET
N
Valeur
10,5
2,4
4,2
0,79
5,1
0.995
0,56
15
ET
3,1
0,6
0,4
0,06
0,7
Le coefficient A de l’équation (4) est en relation
linéaire avec le log(G*) à 10°C de l’équation (1) :
A = 0,11(±0,02) + 0,98(±0,02)·log(G*); r²=0,98; N=17
Le coefficient B de l’équation (4) est relativement
faible (<0,07±0,02). Il est légèrement plus faible
(0,054±0,006) pour des produits contenant >0,2% de
ι-C que pour les autres (0,084±0,008). Le faible
niveau du coefficient B signifie, que les desserts
lactés à 10°C sont proches du plateau élastique et se
comporte comme des gels fermes.
Tableau II : Coefficients Tc, Ta, Tp, Ts et TI de l’équation
(2) avec leurs écarts types (ET) et le coefficient de
détermination multiple r² .
Echantillon
A3P3i0,01
A3P4i0,2S10
A3P5i0,3S10
A4P4i0,3
A4P4i0,2S10
A4P5i0,2
A4P5i0,05
Emax
7,8
12,8
29,1
20,1
17,8
17,8
4,7
ET
0,02
0,3
0,1
0,2
0,2
0,5
0,09
Tinf ET
D
ET
22,1 0,5 15,9 3,7
40,1 1,1 11,5 4,0
45,5 0,01 6,9 2,3
35,8 0,04 8,0 3,3
42,7 0,1 7,5 3,0
38,9 0,8 8,7 3,7
41,9 1,6 27,4 15,7
Tableau III : Emax, Tinf et D de l’équation (3) avec leurs
écarts types (ET) pour l’évolution de l’énergie
d’activation d’écoulement en fonction de la température.
Symboles des échantillons sont les mêmes que dans la
figure 1.
Figure 4 : Evolution du logarithme du module complexe
des desserts lactés au chocolat, en fonction de leur
composition et du logarithme de la déformation relative
(γ). Symboles des échantillons sont les mêmes que dans la
figure 1.
Pour une déformation relative inférieure à 10%, le
logarithme du module complexe (G*) baisse très peu
(Fig. 4), en moyenne –0,03(±0,02) pour une
multiplication par 10 de la déformation. Une rupture
progressive est observée à 10 – 30% de la
déformation pour des desserts sans ou avec moins de
0,05% de ι-C. Les autres, contenant 0,2 – 0,3% de ιC ne se cassent pas jusqu’à une déformation relative
de 100%.
4.
Figure 3 : Evolution du logarithme du module complexe
des desserts lactés au chocolat, en fonction de leurs
composition et du logarithme de la fréquence (ω).
Symboles des échantillons sont les mêmes que dans la
figure 1.
Pour la gamme de fréquences utilisée (0,01 à 2 Hz),
le log(G* en Pa) est une fonction linéaire (Fig. 3) du
logarithme de la fréquence (ω en Hz) :
Log(G*) = A + B · Log(ω)
(4)
Discussion
Les protéines du lactosérum, à une température
supérieure à 70°C, forment un gel composé
d’agrégats
irréguliers
de
particules
approximativement sphériques, de la taille
inférieures à 0,2µm [6, 7, 10, 12]. Le phosphate de
di-amidon hydroxypropylé (HPDP), gélatinise à une
température supérieure à 100°C et gélifie
progressivement au refroidissement [5, 12]. Il forme
un gel semblable au gel protéique, composé de
grappes de particules sphériques, de la taille de 0,10,2 µm [10, 11]. Le ι-C gélifie relativement
rapidement en refroidissant dans une gamme de
température comprise entre 50 et 20°C [19]. Le ι-C,
étant fortement chargé négativement, peut aussi
3
interagir avec les protéines [19]. Les trois réseaux
des gels, composés : de protéines, de l’amidon et de
ι-carraghenane, coexistent et se chevauchent dans
les desserts lactés et leurs effets texturants s’ajoutent
[3, 6, 10-12, 18]. Une tendance similaire a été
observée pour des gels d’amidon avec la sérum
albumine bovine [20].
Le pouvoir texturant des amidons est 2 à 3 fois plus
grand que celui des protéines du lactosérum et
environ 10 fois plus grand que celui du sucre.
En utilisant l’équation (1), il est possible de calculer
les valeurs du logarithme du module complexe (G*)
pour une composition de dessert lacté donnée et de
concevoir des desserts ayant un niveau de G*
souhaité avec une précision raisonnable (ET du
log(G*) inférieur à 0.2).
5.
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