Effects of emulsifying salts reduction on imitation

cheese manufacture and functional propertiescheese manufacture and functional propertiesEl-Bakry et al., 2008

Adeline Boire, 04/02/2011

Contexte & objectifs de l’étude

Problématique industrielle : fabriquer des ‘fromages’ qui fondent.

Fromage = lait (eau, globule gras,

protéines, sel minéraux) + présure

« Imitation cheese » = mélange d’eau,

d’huile végétale, de protéines

(caséine) + sels émulsifiants

���� Obtention d’un gel protéique très sensible à la chaleur

Contexte & objectifs de l’étude

Matières premières

Avantages :

- produit traditionnel

- goût authentique

Inconvénients :

- cher

- risque microbiologique

Avantages :

- peu cher

- pratique industrialisation

Inconvénients :

- nutrition

(- riche en additif )

Contexte & objectifs de l’étude

Matières premières

Produits riches en NaCl et en sel

émulsifiants contenant du Na

� risque cardiovasculaire

� qualité nutritionnelle diminuée

Avantages :

- peu cher

- facilement industrialisation

Inconvénients :

- nutrition

(- riche en additif )

Objectif de l’étude : caractériser l’effet

de la diminution de la teneur en sel de

fonte sur le procédé de fabrication et

sur les qualités du produit fini

Démarche de l’étude

Fabrication d’une pâte fromagère à l’échelle laboratoire (800 g)

Mélange des ingrédients

(vit. mélange, durée)

Chauffage du mélange

(rampe, durée pallier)

Caractéris° interact°

(prot-prot, prot-eau)

Caractérisation du produit fini obtenu

Structure du produit Comportement

rhéologique à froid

Comportement

rhéologique à chaud

Comparaison référence vs réduction de 5 à 40 %

Méthodes utilisées

Fabrication d’une pâte fromagère à l’échelle laboratoire (800 g)

Mélange des ingrédients

(vit. mélange, durée)

Chauffage du mélange

(rampe, durée pallier)

Caractéris° interact°

(eau-matrice, prot-eau)

Farinograph + bains Relaxation RMN

Caractérisation du produit fini obtenu

Structure du produit Comportement

rhéologique à froid

Comportement

rhéologique à chaud

Microscopie Rhéomètre + TPA Test écoulement

1. Fabrication de la pâte fromagère

Objectif :

Matrice protéique continue

renfermant les globules grasIngrédients incompatibles

EAU

Caséine

Huile

Sels, ac.

Extrait de Noronha et al., 2008

Quelques mots sur les caséines

1. Fabrication de la pâte fromagère

Extrait de http://biochim-agro.univ-lille1.fr/proteines/

Quelques mots sur la fabrication du fromage

1. Fabrication de la pâte fromagère

Paracaséines hydrophobes restent en surface du micelle

�diminution charge micellaire

� diminution de l’hydratation

� interaction hydrophobe entre les micelles � force cohésive

� formation d’un gel de caséine

Fabrication du fromage d’un fromage fondu

-Rôle des sels émulsifiants :

- « do not act directly as emulsifiant »

- Pénétration du sel dans espaces intermicellaires

- Ca2+ + –⟩ CaHPO4

�échange de cations polyvalents réticulants (Ca2+) contre des cations

1. Fabrication de la pâte fromagère

⟩

�échange de cations polyvalents réticulants (Ca2+) contre des cations

monovalents (Na+)

�déclenche la séparation des chaînes peptidiques ou des sub-micelles de

paracaséine.

� Favorise la dispersion des protéines et leur hydratation

1. Fabrication de la pâte fromagère

Objectif :

Matrice protéique continue

renfermant les globules grasIngrédients incompatibles

EAU

Caséine

Huile

Sels, ac.

Extrait de Noronha et al., 2008

Mise en œuvre des matières premières

Le Farinograph

Caractéristiques :

- Mélangeur

- Contrôle de la vitesse

- Peut être thermo-régulé

- Enregistrement du couple et de la

Sigma Mixer S300 - Brabender

- Enregistrement du couple et de la

température en temps réel

� mélange d’ingrédients dans des conditions contrôlées

� analyse de l’évolution du couple en fonction des formulations ou

des procédés

� calcul d’énergie

� viscosité ?

- Courbe obtenue pour un produit standard :

1. Fabrication de la pâte fromagère

- Courbe obtenue pour un produit standard :

1. Fabrication de la pâte fromagère

1

Hydratation des caséines

- Courbe obtenue pour un produit standard :

1. Fabrication de la pâte fromagère

1

Hydratation des caséines

Extrait de Noronha et al., 2008

- Courbe obtenue pour un produit standard :

1. Fabrication de la pâte fromagère

2

Formation de la matrice protéique

Extrait de Noronha et al., 2008

Incorporation de la matière grasse

- Courbe obtenue pour un produit standard :

1. Fabrication de la pâte fromagère

2

Formation de la matrice protéique

Extrait de Noronha et al., 2008

Incorporation de la matière grasse

- Courbe obtenue pour un produit standard :

1. Fabrication de la pâte fromagère

Pâte homogène

Extrait de Noronha et al., 2008

- Pétrissage de farine de blé dans un brabender

1. Fabrication de la pâte fromagère

Effet de la réduction en sels emulsifiantsa) sur le procédé de mise en forme

- Effet sur le pic 1

Effet de la réduction en sels emulsifiantsa) sur le procédé de mise en forme

- Effet sur le pic 1

� Dans l’article « a result of poor casein hydration »

� Hydratation d’agrégat plus gros?

Effet de la réduction en sels emulsifiantsa) sur le procédé de mise en forme

-Diminution du pic 2

« attributed to the incorporation of the emulsified fat during imitation cheese

manufacture »

- Allongement de la durée de mise en forme (30 %)

- Interprété comme une augmentation du temps pour émulsifier les

matières grasses

- Pourtant plus de globules gras � plus de surface

Méthodes utilisées

Fabrication d’une pâte fromagère à l’échelle laboratoire (800 g)

Mélange des ingrédients

(vit. mélange, durée)

Chauffage du mélange

(rampe, durée pallier)

Caractéris° interact°

(eau-matrice, prot-eau)

Farinograph + bains Relaxation RMN

Caractérisation du produit fini obtenu

Structure du produit Comportement

rhéologique à froid

Comportement

rhéologique à chaud

Microscopie Rhéomètre + TPA Test écoulement

Interaction eau-matrice

Relaxation RMN

RMN = Résonance Magnétique Nucléaire

= propriété de certains noyaux atomiques possédant un spin nucléaire

placés dans un champ magnétique

Relaxation RMN = relachement de l’énergie absorbée par un noyau

atomique lors d’un rayonnement électromagnétique

= émission d'énergie sous la forme d'ondes qui constituent le signal

enregistré en RMN. enregistré en RMN.

2 types de relaxation :

- Longitudinale - retour au niveau de basse énergie ("parallèle") des spins

excités

- Transversale – dépend du déphasage des spins

Interaction eau-matrice

Relaxation RMN

Relaxation RMN d’un fromage témoin

Correspond au

proton les moins

mobiles de l’eau

� Eau fortement liée Proton phase

lipidique Eau mobile

Extrait de Noronha et al., 2008

Effet de la réduction en sels émulsifiantsa) sur le procédé de mise en forme

- Disponibilité de l’eau

- Eau moins disponible

- interprétation article :- interprétation article :

- energie mécanique �

plus de probabilité de

rencontre entre eau et

protéine + plus petite

taille des globules gras

Effet de la réduction en sels émulsifiantsb) sur les qualités finales du produit

• Augmentation de l’élasticité du produit (rhéomètre)

• Augmentation de sa fermeté (TPA)

• Diminution de sa capacité à s’écouler (180°C, 10 min)

- Interprétation donnée par l’article : traitement mécanique - Interprétation donnée par l’article : traitement mécanique

plus long � diminution de la taille des globules gras

- Quid de la structure de la phase protéique ?

Effet de la réduction en sels émulsifiants sur la

structure de la matricehypothèses

- réduire la qté de sel émulsifiant

� plus de liaison Ca2+ entre les submicelles

1. moins bonne dispersion des micelles

2. structure plus stable, plus ‘rigide’ (liaison covalente > interaction hydrophobe)interaction hydrophobe)

� structure plus rigide

� élasticité supérieure + effet température moindre �moins bon écoulement

Quelques questions sur la caractérisation

rhéologique des produits

- Est-il possible de remonter à la viscosité à partir du couple

enregistré en farinographe ?

�contrainte appliquée complexe

- Relation « Hardness » et élasticité/viscosité

�V = Cte, ρ = Cte ; interface plus nombreuse, énergie de

surface supérieuresurface supérieure

- Détermination des vitesses de chauffage en rhéologie

dynamique (ici 5°C/min)