Importance de l`activité de l`eau en confiserie de sucre

L’ACTIVITÉ DE L’EAU DANS LES PRODUITS RICHES EN SUCRE
Importance
de l’activité de l’eau
en confiserie de sucre
Mr Brian E. JACKSON
JACKSON ASSOCIATES
Stockport, UK.
ture et une solubilité plaisantes au palais, ou
encore une association correcte entre aromatisation et saveur sucrée.
INTRODUCTION
L’objectif de cette présentation est de décrire l’effet de l’humidité relative en confiserie de sucre.
La durée des produits de confiserie est largement
influencée par l’humidité relative et les facteurs
qui lui sont liés. Ces facteurs sont l’hygroscopicité, la viscosité, la composition et la solubilité.
4. L’aspect de la confiserie doit être agréable, ce
qui relève principalement de l’art du confiseur.
Nous montrerons à l’aide d’exemples concrets
comment modifier les formulations de produits
par différents rapports sucre/sirops de glucose,
en soulignant les éventuels défauts de qualité
qui risquent d’apparaître.
CONTAMINATIONS
MICROBIENNES
Bien qu’il n’existe pas de limite clairement établie, l’expérience montre que, si la teneur en
matières sèches est inférieure à 75 % (% p/p),
certaines moisissures et levures peuvent se développer dans les solutions de sucres. En revanche,
de tels développements sont très rares pour des
teneurs en matières sèches supérieures à 75 %.
Principes de
la confiserie de sucre
Pourquoi le saccharose ne peut-il être employé
seul dans une formulation de confiserie ?
Pourquoi les sirops de glucose sont-ils ajoutés en
mélange au saccharose ? Pour tenter de
répondre à ces questions, considérons les différentes propriétés que doit nécessairement rassembler une confiserie :
Il est important de considérer ici que les produits
de confiserie ne sont généralement pas conservés dans des conditions stériles, à l’inverse des
conserves par exemple. Les confiseries doivent
donc pouvoir se conserver “d’elles-mêmes”.
Etant donné que la solubilité du saccharose dans
l’eau est de 67,1 % p/p à 20°C, il apparaît difficile d’obtenir à température ambiante un produit avec une teneur en matières sèches suffisamment élevée pour éviter une contamination
microbiologique.
1. Le produit de confiserie de doit pas être l’objet de fermentations, de croissance de moisissures ou bien d’autres dégradations d’origine
microbiologique durant une période de stockage prolongée.
2. La confiserie ne doit pas subir de changement
au niveau de ses propriétés physiques lors du
stockage.
Ainsi, pour obtenir à température ambiante une
solution sucrée ayant plus de 75 % de MS et
restant stable vis-à-vis de la cristallisation, le seul
moyen est d’utiliser en combinaison avec le saccharose un ou des glucides différents, procédé
nommé “doctoring” en anglais.
3. Selon le produit de confiserie, on doit garantir un certain nombre de caractéristiques
telles que : une dureté raisonnable, une tex33
L’ACTIVITÉ DE L’EAU DANS LES PRODUITS RICHES EN SUCRE
dition de sirop de glucose ou”doctoring” est mal
calculée.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES
Les produits de confiserie ne doivent subir
aucune modification concernant leurs propriétés
physiques. La principale modification qui puisse
survenir est la formation de cristaux indésirables, connue sous le nom de “grainage”. Il
s’agit de cristaux de saccharose qui apparaissent
dans les confiseries durant le stockage. De tels
cristaux vont altérer l’aspect du bonbon mais
aussi causer une sensation désagréable de rugosité sur la langue, lors de la dégustation.
Bien sûr, lorsque la cuisson s’achève et que la
venue est déversée pour être mise en forme, la
température est encore très élevée et le sucre
cuit apparaît encore comme un liquide très épais
et non un solide. A ce stade, sa viscosité est élevée mais sans commune mesure avec celle qui
sera atteinte lorsque le bonbon sera refroidi et
solidifié. Durant cette étape de refroidissement
ou tempérage, un sucre cuit mal formulé peut
commencer à grainer lors des dernières manipulations.
Dans le cas de sucres cuits, et en utilisant les proportions classiques de saccharose/sirop de glucose, il est évidemment impossible d’obtenir un
produit ayant une teneur de 97 % de MS et qui
ne soit pas sursaturé en saccharose.
La stabilité d’une confiserie, et en particulier
d’un sucre cuit, est donc liée à la présence de
sucres à l’état vitreux. Cet état est métastable ;
lorsque la cristallisation a débuté, le grainage est
progressif mais irrémédiable. Une modification
dans le choix des ingrédients ou dans le rapport
de concentration des différents sucres peut bien
entendu affecter la stabilité et la vitesse de grainage.
Cependant, il est bien connu par ailleurs que
l’on peut préparer avec un mélange sucre/sirop
de glucose à 80 % de MS en proportions 1,5/1
des sucres cuits qui peuvent rester stockés plusieurs années sans voir apparaître de grainage.
Ceci est possible car les sucres cuits sont une
illustration de ce que les physico-chimistes
appellent l’état vitreux. Ils constituent des corps
solides en apparence mais sont en réalité des
liquides sous-refroidis et non cristallins. En
d’autres termes, ce sont des solutions qui sont
tellement au dessous de leur point de fusion ou
de ramollissement qu’elles prennent l’aspect de
solides mais sans passer par le stade de cristallisation. Elles peuvent être considérées comme
des liquides ayant une viscosité extrêmement
élevée, empêchant toute formation de cristaux.
Quand les confiseries sont maintenues dans une
atmosphère humide, elles absorbent inévitablement de l’eau. Cette eau se présente alors sous la
forme d’un film en surface du bonbon, film qui
va rapidement diluer les mélanges de sucres à
l’état amorphe. La viscosité diminuant dans ces
sirops de sucres, le processus de cristallisation
peut alors débuter.
La solubilité des glucides augmente avec la température. Ainsi, les très hautes températures
appliquées durant une cuisson à pression atmosphérique aboutissent à une sursaturation en
sucre moindre que pour une cuisson sous vide à
température plus basse. Ceci explique pourquoi
l’on doit ajouter une plus forte proportion de
sirop de glucose dans le procédé de cuisson sous
vide par rapport à la cuisson atmosphérique,
pour éviter tout risque de grainage durant la
fabrication.
Considérons les étapes de la formation d’un cristal de sucre. Tout d’abord, il doit exister un
noyau ou “nucleus”, qui sert d’amorce, de point
de départ à la formation du cristal. Ces nucléi
apparaissent spontanément si la sursaturation
est assez élevée, mais plus la viscosité est élevée
et plus leur apparition est lente.
Les molécules du soluté doivent se “heurter” et
“s’accoler” aux nuclei par le jeu des déplacements rapides et continus des molécules en solution. Bien entendu, ces mouvements sont plus
limités dans un solide ou un liquide de très
haute viscosité. C’est ainsi cette très forte viscosité et ce que l’on peut appeler l’état pseudosolide des sucres cuits qui sont à l’origine de l’inhibition du grainage, ou cristallisation du saccharose durant le stockage.
Dans le cas des toffées, la teneur en MS (sans
tenir compte des matières grasses) est habituellement d’environ 90 % en poids, soit une
valeur très différente des 97 ou 98 % rencontrés
dans le cas des sucres cuits. Cette teneur en MS
plus basse pour les toffées a pour conséquence
une viscosité de la fraction sucrée beaucoup plus
faible, d’où une inhibition du grainage plus limitée que pour les sucres cuits. Pour cette raison, le
rapport saccharose/sirop de glucose (“doctor
syrup”) est ajusté à 1,24/1, et même dans certains cas à 1/1.
Cependant, même si la sursaturation est élevée,
le grainage peut apparaître, surtout lorsque l’ad34
L’ACTIVITÉ DE L’EAU DANS LES PRODUITS RICHES EN SUCRE
En dépit de ce niveau élevé en sirop de glucose,
il n’est pas possible de stocker les toffées sur une
durée aussi longue que les sucres cuits, sans
risque de grainage.
de sirop de glucose ajouté peut influencer la
qualité de la saveur sucrée.
Etant donné que les glucides libérés par hydrolyse de l’amidon sont pour la plupart des sucres
réducteurs, la mesure du pouvoir réducteur d’un
sirop de glucose renseigne sur le degré d’hydrolyse de l’amidon. Ainsi, le Dextrose Equivalent
(DE), défini comme le pouvoir réducteur du
sirop de glucose et exprimé en grammes de glucose pour cent grammes de matière sèche, est
une mesure du degré d’hydrolyse.
STRUCTURE DE LA CONFISERIE
Les sucres cuits, les toffées ainsi que les marshmallows sont autant d’exemples où le grainage
est très dommageable pour l’aspect du bonbon.
A l’inverse, les fondants et les fudges sont des
confiseries dans lesquelles la texture granuleuse
est la forme traditionnelle.
Lorsque le DE augmente, la masse moléculaire
moyenne diminue et les concentrations en
sucres de faible masse moléculaire (glucose, maltose) augmentent, ce qui va modifier les propriétés physiques des sirops de glucose, comme
indiqué dans le Tableau 1.
Au cours de la production d’un fondant, un
mélange présentant une faible teneur en sirop
de glucose est cuit à une température relativement basse, refroidi puis mixé énergiquement
pour déclencher la cristallisation du saccharose
par choc physique. La teneur en sirop de glucose, la température et l’action mécanique sont
les éléments qui permettent d’assurer la formation d’une multitude de très petits cristaux de
sucre. C’est en effet de cette multitude de petits
grains que vont dépendre la douceur et l’onctuosité du fondant lors de la dégustation.
Tableau 1 : Propriétés fonctionnelles des sirops de glucose
en fonction du DE (Dextrose Equivalent).
Propriétés
Sirop
de glucose
bas DE
Sirop
de glucose
DE élevé
Apport de charge
Réactions
de brunissement
Cohésion
Stabilisation
de la couleur
Contrôle de la
cristallisation
Stabilisant
des émulsions
Fermentescibilité
Exhausteur de flaveur
Stabilisant des mousses
Humidifiant
Hygroscopicité
Élévation de la
pression de vapeur
Pression osmotique
Conservation
Cryoprotecteur
Prévention de la
cristallisation du saccharose
Augmentation des matières
sèches en solution
Saveur sucrée
Épaississant
Viscosité
Les fondants sont des confiseries à part entière
mais ils peuvent aussi être utilisés comme base
de cristallisation lors de la production de fudges.
Le principe de la fabrication des fudges est de
refroidir la venue à une température (déterminée expérimentalement) qui correspond à une
sursaturation adéquate pour entretenir la cristallisation du sucre, celle-ci étant “amorcée” par
l’addition du fondant de base. Bien évidemment,
les détails du procédé de fabrication et le niveau
d’addition en sirop de glucose (“doctoring”),
sont particulièrement importants.
Les bonbons “étirés” sont un autre exemple de
l’effet d’une action mécanique sur la cristallisation du sucre. On obtient dans ce cas des cristaux
très fins mais en nombre très inférieur par rapport aux fondants. La teneur en sirop de glucose
est cependant nettement plus élevée que pour
les fondants, ainsi que la viscosité, en grande
partie du fait de la teneur en MS plus grande, ce
qui amène finalement une réduction dans le
nombre de cristaux formés.
La prévention
vis-à-vis du grainage
ASPECT ET GOÛT
DES CONFISERIES
Tous les sirops de glucose exercent à des degrés
divers un certain contrôle de la cristallisation du
saccharose dans les sucres cuits. Dans ce type de
confiserie, qui consiste essentiellement en une
C’est véritablement l’art du confiseur, son tour
de main qui permettent d’obtenir une confiserie
plaisante au regard. Concernant le goût, le type
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L’ACTIVITÉ DE L’EAU DANS LES PRODUITS RICHES EN SUCRE
solution de sucre fortement sursaturée, la recristallisation du saccharose aura tendance à se
manifester aussi bien lors de la production que
durant le stockage. Elle débouchera inévitablement sur le phénomène de grainage.
Tableau 3 : Rapport de concentration d’un mélange saccharose/sucre inverti avec les limites de saturation en glucose.
Dans des conditions idéales de stockage, le grainage se met en place assez lentement, en raison
de la très faible teneur en eau des sucres cuits et
de la viscosité très élevée qui en résulte.
Cependant, un reprise d’humidité accidentelle
ou un ensemencement involontaire par du sucre
incomplètement dissous peuvent conduire à un
grainage très rapide des bonbons.
Sucre
inverti (%)
100
78,6
67,6
57,6
48,8
0
21,4
32,4
42,4
51,2
67,1
70,0
72,0
74,0
76,0
52,5
60,0
70,0
80,0
76,1
73,6
70,5
67,7
Teneur en MS de
solutions exactement
Saccharose
Sirop de
saturées en saccharose
(%)
glucose 42 DE(%)
à 20°C (% p/p)
Pourcentage de MS
100
78,6
67,6
57,6
48,8
40,9
34,1
28,4
23,7
0
21,4
32,4
42,4
51,2
59,1
65,9
71,6
76,3
67,1
70,0
72,0
74,0
76,0
78,0
80,0
82,0
84,0
L’hygroscopicité en confiserie
Tableau 2 : Rapports de concentration d’un mélange saccharose/sucre inverti avec les limites de saturation en saccharose.
Saccharose
(%)
47,5
40,0
30,0
20,0
Tableau 4 : Rapports de concentration d’un mélange saccharose/sirop de glucose avec les limites de saturation en
saccharose.
Le Tableau 2 présente les rapports de concentration d’un mélange saccharose/sucre inverti pour
lesquels on obtient à 20°C une solution juste
saturée en saccharose, c’est-à-dire une concentration maximum en saccharose n’entraînant
pas sa recristallisation. Pour une solution pure
de saccharose, la saturation est atteinte à environ 67 %. La teneur totale en matières sèches
peut s’élever jusqu’à 76 % lorsque le mélange
saccharose/sucre inverti est en proportions
50/50. Au-delà, le facteur limitant devient la
solubilité du glucose apporté par le sucre inverti
et la teneur totale en MS diminue (voir
Tableau 3, avec les limites de saturation en glucose).
Teneur en MS de
solutions exactement
saturées en saccharose
à 20°C (% p/p)
Sucre
inverti (%)
Dans le cas de mélanges saccharose/sirop de glucose, il est possible d’atteindre des teneurs
totales en MS plus élevées que précédemment
(Tableau 4). En effet, le glucose apporté par les
sirops de glucose employés généralement en
confiserie reste à une concentration suffisamment éloignée de la saturation pour ne pas devenir le facteur limitant. Cela est non seulement
important pour la fabrication des sucres cuits
mais aussi pour des produits tels que les marshmallows, où une stabilité microbiologique est
requise, ou encore pour les fondants et les
fudges, afin de mieux contrôler le grainage.
L’inhibition du grainage par les sirops de glucose
s’effectue selon deux axes : tout d’abord, l’augmentation de la viscosité dans cette matrice
amorphe que constitue un sucre cuit va réduire
les possibilités de migration des molécules de
saccharose et par conséquent inhiber la nucléation (voir plus haut). De plus, on constate une
augmentation de la solubilité totale lors d’un
mélange saccharose/sirop de glucose.
Pourcentage de MS
Saccharose
(%)
Teneur en MS de
solutions exactement
saturées en glucose
à 20°C (% p/p)
Pourcentage de MS
Les relations entre un produit alimentaire et son
environnement immédiat déterminent sa durée
de vie, ce qui n’est pas sans conséquence sur la
commercialisation du produit. Le paramètre de
contrôle est l’humidité relative à l’équilibre de la
confiserie (HRE). Si l’HRE est trop basse, le bonbon va subir une reprise d’humidité, devenir
collant et dans certains cas sujet à une contamination microbienne. A l’inverse, si son HRE est
élevée, il risque de perdre de l’eau, s’assécher, ce
qui est aussi dommageable pour la qualité.
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L’ACTIVITÉ DE L’EAU DANS LES PRODUITS RICHES EN SUCRE
à celle des confiseries produites à partir de sirops
de glucose. Une confiserie contenant un sirop de
glucose sera donc moins sensible à une reprise
d’humidité que le même produit formulé au
sucre inverti, ce qui est important vu les conditions atmosphériques assez humides de l’Europe
notamment. Cet effet est d’autant plus marqué
que le DE du sirop de glucose est bas.
L’HRE à une température donnée est fonction de
la concentration en matières sèches dissoutes
dans la phase aqueuse. Plus le nombre de molécules dissoutes est grand et plus l’HRE est basse.
L’HRE d’une confiserie de sucre peut se calculer
avec une précision correcte au moyen de l’équation de Money - Born (1951), dérivée de la loi de
Raoult généralisée.
Tableau 6 : Valeurs de l'Humidité Relative à l'Équilibre (HRE)
pour trois types de confiserie selon l'anticristallisant utilisé.
100 · N0
HRE = 
N0 + 1,5 · N
où N est le nombre de moles des différents sucres
présents en solution et No est le nombre de
moles d’eau.
Confiserie
Anticristallisant
Marshmallow
Sucre inverti
73,3 %
Sirop de glucose 40 DE
80,0 %
Sirop de glucose 63 DE
77,5 %
Toffée
Pour les sucres utilisés en confiserie, on utilise
les masses moléculaires (moyennes) rappelées
dans le tableau 5.
Sucre cuit
Tableau 5 : Masses moléculaires moyennes de différents
composés.
Composé
HRE
Sucre inverti
49,2 %
Sirop de glucose 40 DE
58,5 %
Sirop de glucose 63 DE
54,9 %
Sucre inverti
23,0 %
Sirop de glucose 40 DE
28,0 %
Sirop de glucose 63 DE
26,0 %
Masse moléculaire
(g/mol)
Saccharose
342
Sucre inverti
180
Glucose
180
Sirop de glucose 40 DE
(base MS)
340
Sirop de glucose 63 DE
(base MS)
260
Eau
18
Enfin, un dernier élément est à prendre en
considération. Dans notre exemple, le sucre cuit
contient 34 % d’anticristallisant. S’il s’agit de
sucre inverti, il est certain que le bonbon présentera une hygroscopicité trop élevée pour se
conserver longtemps ; en revanche, avec un
sirop de glucose 40 DE, il est bien connu qu’un
sucre cuit formulé dans ces proportions est tout
à fait satisfaisant. Comment expliquer une telle
différence de qualité finale, sachant que l’écart
entre les HRE calculées pour les deux formules
(23 et 28 %, respectivement) n’est pas très
grand ?
Considérons maintenant la composition standard de trois types de confiseries :
– un marshmallow : teneur en eau 24 % ;
matières sèches constituées de 48,8 % de saccharose et 51,2 % d’anticristallisant (“doctor”).
L’élément qui entre en jeu est, selon toute vraisemblance, la possibilité pour un sirop de glucose 40 DE de former avec ses polysaccharides
de haut poids moléculaire une sorte de film protecteur, une “peau”, en surface de la confiserie
lorsque celle-ci est exposée à l’air. Dans un sucre
cuit, ce film formé à la surface va freiner considérablement la pénétration d’humidité à l’intérieur du bonbon ; plus la teneur en eau du bonbon est faible et plus grand sera l’effet protecteur
de ce film. C’est qui explique en partie le fait que
des sucres cuits destinés à l’exportation doivent
avoir une teneur en eau aussi faible que possible, une différence de teneur en eau d’un point
(2 % contre 3 % par exemple) étant particulièrement importante à cet égard.
– un toffée, avec dans la fraction “sucrée”, 10 %
d’eau, 45 % de saccharose et 45 % d’anticristallisant exprimé en matières sèches.
– un sucre cuit composé de 3 % d’eau, 63 % de
saccharose et 34 % d’anticristallisant exprimé
en matières sèches.
Si l’on applique l’équation de Money - Born à
chacun de ces trois exemples, on obtient les
résultats du Tableau 6.
On remarque que, dans chaque cas de figure,
l’utilisation de sucre inverti comme anticristallisant entraîne une HRE de la confiserie inférieure
37
L’ACTIVITÉ DE L’EAU DANS LES PRODUITS RICHES EN SUCRE
CONCLUSION
OUVRAGES ET
ARTICLES DE RÉFÉRENCE
Le fabricant de confiserie a la possibilité d’améliorer l’aspect et la texture de ses produits en
prenant garde à la composition des matières
sucrantes, aux conditions de stockage, et il peut
aussi modifier la formulation lorsque les conditions extérieures l’imposent (climat tropical ou
tempéré, par exemple).
HOWLING D. (1979), in : Sugar, Science &
Technology, Ed. G.G. Birch, K.J. Parker,
Applied Science, London, 259.
HOWLING D. et al (1984), in : glucose syrups :
Science & Technology. Ed. S.Z. Dziedzic, M.W.
Kearsley, Elsevier applied science, London.
Une large gamme de produits sucrants, dont les
propriétés fonctionnelles s’améliorent constamment, est à la disposition du confiseur, avec
comme principale limite à leur emploi l’ingéniosité du confiseur…
MONEY and BORN (1951), Journal Science Food
& Agric., 2, 180.
HORN H.E. (1990), Corn Sweeteners : functional
properties. Cereal Food World, 219.
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PANCOAST H.M. and JUNK W.R. (1980),
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JACKSON E.B. (1995), Sugar Confectionery
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38