Conservation des arômes au travers de la formulation

FORMULATION ET DURÉE DE VIE DES PRODUITS RICHES EN SUCRE
Conservation des arômes au
travers de la formulation des
produits riches en sucre
A. VOILLEY
ENSBANA - Université de Bourgogne, Dijon F 21000
INTRODUCTION
ANALYSES SENSORIELLES
ET INSTRUMENTALES DES
PRODUITS RICHES EN SUCRE
De nombreux travaux portant essentiellement
sur des systèmes simplifiés ont montré l'importance de la matrice non odorante sur la rétention
ou la libération des arômes au cours de traitements tels que la formulation (Bakker, 1995 ;
Godshall, 1988).
L'ajout de pectines hautement méthylées (HM)
dans des confitures de fraises avant cuisson
(entre 0 et 0,4 %) entraîne des variations significatives de la qualité sensorielle, non seulement
de la texture mais également de l'arôme perçus
par un jury de dégustateurs. (Guichard and
Voilley, 1994). Dans un cas moins complexe,
portant sur l'encapsulation dans des glucides
d'un arôme artificiel “fraise” (constitué de 16
composés d'arôme), nous avons observé une
forte modification de la qualité aromatique aussi
bien par mesure sensorielle (tableau 1) qu'instrumentale (tableau 2) après déshydratation puis
réhydratation. (Voilley, 1995).
L'objectif de cette présentation est de montrer
l'influence des glucides dans la conservation (ou
la modification) de l'arôme dans les produits alimentaires à l'aide d'exemples de résultats obtenus par analyses sensorielles et instrumentales.
Nous ferons ensuite le point sur l'état des
connaissances concernant les interactions entre
les arômes (molécules organiques, volatiles de
nature très diverses) et les glucides avant de
donner les moyens actuels pour améliorer la stabilité de l'arôme dans la formulation.
Tableau 1 : Évaluation sensorielle des échantillons avant et après déshydratation (Somme des rangs).
Caractéristiques aromatiques
Échantillon
“Fraise”
Piquante
Pomme verte
Vanille
avant séchage :
• glucose
185**
163*
181**
90
après séchage :
• maltose
126
98
132
155
90
118
96
141
100
141
113
137
92
123
147
112
172**
119
101
113
• sirops de glucose :
– DE 41,4
– DE 28,5
– DE 28,5 (60 %)
– DE 28,5 + gomme arabique
* Significatif au seuil de 5 %
** Significatif au seuil de 1 %
31
FORMULATION ET DURÉE DE VIE DES PRODUITS RICHES EN SUCRE
Tableau 2 : Rétention des composés d'arôme après déshydratation.
Composé d'arôme
Support
Ethyl vanilline
Trans-2-hexenal
Ethyl maltol
66,5
22,5
46
Sirop de glucose DE 41.4
22
11,5
50
Sirop de glucose DE 28,5
1
23
1
Sirop de glucose DE 28,5 + Gomme arabique
1
35,5
1
Maltose
très fortement de leurs caractéristiques physicochimiques. (tableau 3).
Les notes “fraise” et “pomme verte” ont fortement diminué, par contre la note “vanille” est
augmentée après traitement. La quantité d'arôme restant dans le produit mesurée par chromatographie en phase gazeuse et exprimée en
pourcentage de rétention montre que tous les
composés volatils sont retenus mais dans des
proportions variables et différentes de celles
existantes dans le produit initial. Il n'y a pas formation d'autres composés, donc pas de modifications chimiques ou biochimiques mais uniquement des phénomènes d'ordre physico-chimiques qui seront abordés dans la deuxième
partie.
Les interactions physico-chimiques sont dues à
l'échelle moléculaire à des liaisons de faible
énergie entre les substances volatiles et les
constituants non volatils du produit. Elles se traduisent à l'échelle macroscopique par des modifications des propriétés thermodynamiques telles
que la solubilité ou la volatilité. (Dubois et al.,
1995). Jusqu'à présent, la plupart des études ont
porté sur des systèmes simplifiés et homogènes
constitués d'eau, de glucides et d'arômes. Dans
tous les cas, il existe des interactions entre le
composé d'arôme et le milieu. Par exemple le
coefficient d'activité de l'acétate d'éthyle à dilution infinie (on considère qu'il n'y a pas d'interaction entre les composés d'arôme car la concentration est très faible) dans l'eau est de 77, et de
170 en présence de maltose
MÉCANISMES PHYSICOCHIMIQUES DE RÉTENTION
OU DE LIBÉRATION
DES ARÔMES DANS DES
SYSTÈMES SIMPLIFIÉS
En général la présence de glucides augmente la
volatilité des arômes, (tableaux 4 et 5) quelle que
soit la concentration en matières sèches.
Les interactions des composés volatils avec les
constituants du milieu ainsi que leur mobilité
moléculaire modifie la vitesse de libération et la
volatilité des composés d'arôme. Elles dépendent
Par contre dans tous les cas, la diffusivité qu'exprime la mobilité moléculaire diminue quand la
teneur en matière sèche augmente. (figure 1).
Tableau 3 : Composés volatils purs et à dilution infinie dans l'eau (25 °C).
Hydrophobicité
(lg P)
Pression
de vapeur
saturante
(Ps, mm Hg)
Coefficient
d’activité
(∞)
Constante
de Henry
(He)
– 0,3
59,1
3,5
207
2-propanol
1,1
42,7
7,1
305
13.8
Hexanol
1,9
0,99
609
603
5,6
Octanol
2,9
–
13 000
–
Oct-1-ène-3-ol
2,5
0,46
3 569
1 542
Octanal
2,6
1,7
12 234
19 776
Acétate d’éthyle
0,6
91
70
6 243
2,8
1,68
16 193
27 208
– 2,0
57,5
13,2
759
Composé d’arôme
Ethanol
Hexanoate d’éthyle
Diacétyle
lg P : constante d’hydrophobicité de Rekker
32
Diffusivité
(D,1010m2s–1)
11,7
8,5
FORMULATION ET DURÉE DE VIE DES PRODUITS RICHES EN SUCRE
Tableau 4 : Volatilité relative de composés d'arôme dans
des solutions aqueuses de glucides (à 25 °C) (Godshall,
1997).
0
60
Ethanol
8,6
16,7
n-Butanol
14,1
43,6
181,1
986,0
Butyrate d'éthyle
643,0
6 500,0
T > Tg
Viscosité de la matrice
Mobilité moléculaire
→$
76,0
225,0
Teneur en eau
et/ou Température (T)
→$
1-Butanone
Acétate d'éthyle
→$
Concentration en saccharose (%)
→$
Composé volatil
Glucide vitreux
Structure figée
Tableau 5 : Effet de la masse molaire du glucide (pour une
même concentration massique 50 %) (Voilley, 1986).
Composé
α
Eau pure
225
Glucose (180)
578
Maltose (342)
Sirop de glucose
Affaissement
de structure
Agglomération
acétate d'éthyle
Réorganisation
de la matrice
546
DE* 61,5 (MM 291)
591
DE* 20 (MM 868)
437
Libération des composés d'arôme
DE : Dextrose Equivalent
Figure 2 : Effet de l'état physique de la matrice sur la rétention de composés d'arôme dans des produits secs ou
congelés.
Ce résultat très important avait déjà été montré
pour une autre molécule volatile, l'eau (Bruin,
1969), avec des diffusivités évoluant différemment quand la teneur en matière sèche augmente, ce qui a permis d'interpréter la rétention
des arômes au cours du séchage par la théorie de
la diffusion sélective (Thijssen, 1965). La composition du milieu joue donc un rôle essentiel sur
le comportement des arômes mais il ne faut plus
négliger l'influence de la structure pour des produits secs ou congelés comme l'a rappelé le prof.
M. Karel au cours de ce séminaire ; cette
influence est présentée sur la figure 2.
Un exemple de résultats montre la diminution
brutale de la rétention de l'acétate d'éthyle et du
2-propanol dans du maltose déshydraté avec
l'augmentation de la température de chauffage.
On observe sous microscope optique à une température bien définie un affaissement de structure (Rifai and Voilley, 1991). Ce phénomène peut
être atténué par ajout de polymères possédant
des températures de transition vitreuse élevées
(Roos and Karel, 1991).
En résumé, la rétention est un phénomène complexe qui dépend non seulement des caractéristiques physico-chimiques des composés d'arôme
(telle que l'hydrophobicité) mais également de
celles du milieu en particulier de l'état physique
pour des produits riches en sucre.
100
Acétone
Diacéthyle
10
Cristallisation
n-Hexanol
1
CONSERVATION ET
AMÉLIORATION DE LA
STABILITÉ DES ARÔMES
DANS LA FORMULATION
0,1
0,01
%
100
Concentration massique en sirop de glucose de DE 61,5
Les arômes sont très souvent piégés dans des
microcapsules dans l'objectif :
Figure 1 : Diffusivité de composés d'arôme en présence de
glucose.
– de diminuer leur réactivité par rapport à l'environnement, leur vitesse d'évaporation et de
transfert, de rendre leur utilisation plus aisée ou
0
20
40
60
80
33
FORMULATION ET DURÉE DE VIE DES PRODUITS RICHES EN SUCRE
BIBLIOGRAPHIE
encore de contrôler leur libération (Shahidi and
Han, 1993). Les supports à base de glucides sont
très employés à l'échelle industrielle (tableau 6).
BAKKER, J. Flavor interactions with the food
matrix and their effects on perception. Dans
Ingredient Interactions. Effect on food Quality; A.
G. Gaonkar, Ed.; Marcel Dekker, Inc.: New
york, 1995; pp 411-439.
Tableau 6 : Glucides utilisés pour l'encapsulation des
arômes.
Support
Caractéristiques
Soluble dans l'eau
Saccharose
Stable à la chaleur
Goût sucré
→
Hygroscopicité
avec le DE
Maltodextrines Faible pouvoir émulSirops de Glucose sifiant
Caractère neutre
Coût peu élevé
Bon émulsifiant
Amidons modifiés Capacité de rétention élevée
Procédés
– Extrusion
(avec maltodextrines)
– Cocristallisation
BLAKE, A.; ATTWOOL, P.; GRANGE, J.;
LINSTROM, M. , Flavour encapsulation in
carbohydrate matrices, Formation interentreprises : Arômes et polysaccharides,
ADRIA, Paris, décembre 1994.
– Séchage par
pulvérisation
BRUIN, S. Activity coefficients and plate efficiencies in distillation of multicomponent
aqueous solutions, Thèse de doctorat,
Université de Wageningen, 1969.
- Adsorption
- Extrusion
DUBOIS, C.; LUBBERS, S.; VOILLEY, A. Revue
Bibliographique : interactions arômes autres
constituants. Application à l'aromatisation.
Industries Agro-Alimentaires 1995, 112, 186193.
– Séchage par
pulvérisation
Faible solubilité dans
– Complexe
-Cyclodextrines l'eau
d'inclusion
Non hygroscopique
GODSHALL, M. A. The role of carbohydrates in
flavor development. Food Technol. 1988, 7178.
Les procédés d'encapsulation les plus courants
sont le séchage par pulvérisation ou encore l'adsorption sur support sec mais d'autres possibilités sont en cours de développement tels que
l'extrusion d'un mélange fondu de saccharose et
de maltodextrines dans lequel est dispersé l'arôme (concentration 10 à 20 %). Après extrusion,
solidification dans l'alcool isopropylique puis
broyage et séchage, des microsphères de structure amorphe (diamètre 300 µm à 1 mm) sont
obtenues. L'arôme reste stable plusieurs
semaines à température ambiante (Popplewell et
al., 1995 ; Blake et al., 1994).
GUICHARD, E. ; VOILLEY, A. Interactions
arômes/pectines : application à la confiture,
Formation inter-entreprises : Arômes et polysaccharides, ADRIA, Paris, décembre 1994.
POPPLEWELL, L. M.; BLACK, J. M.; NORRIS, L.
M.; PORZIO, M. Encapsulation system for flavors and colors. Food Technol. 1995, 49, 76-82.
RIFAI, M. K.; VOILLEY, A. Collapse and Aroma
Retention During Storage of Freeze-Dried
Products. Journal of Food Science and Technology
1991, 28, 135-137.
ROOS, Y.; KAREL, M. Phase transitions of mixtures of amorphous polysaccharides and
sugars. Biotechnol. Prog. 1991, 7, 49-53.
CONCLUSION
La composition et la structure de la matrice
jouent un rôle essentiel dans la qualité aromatique d'un produit riche en sucre. L'étude du
comportement des arômes dans des systèmes
simplifiés montre l'importance des propriétés
physico-chimiques (cinétiques et thermodynamiques) et de nombreux travaux sont en cours
pour mieux comprendre ces phénomènes dans
la formulation et l'aromatisation des produits.
SHAHIDI, F.; HAN, X. Q. Encapsulation of Food
Ingredients. Critical Reviews in Food Science and
Nutrition 1993, 33, 501-547.
THIJSSEN, H. A. C., Inaugural Adress,
Eindhoven University of Technology, The
Netherlands.
VOILLEY, A. Flavor Encapsulation Influence of
Encapsulation Media on Aroma Retention
During Drying. Dans Encapsulation and
Controlled Release of Food Ingredients; S. J. R. a.
G. A. Reineccius, Ed.; American Chemical
Society: Washington, 1995; pp 169-179.
REMERCIEMENT
À Mr D. Aravantinos (IFF - France) et Melle I.
Goubet (ENSBANA) pour leur participation.
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