Etude expérimentale et modélisation de la formation de l'acrylamide lors de l'opération de friture : cas du plantain

Experimental study and modeling of acrylamide formation during frying process : the case of plantain

• Auteur / Autrice : Joseph Bassama
• Direction : Yusuf-Ziya Günata
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 31/01/2011
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences des Procédés – Sciences des Aliments (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Qualisud (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Dangles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yusuf-Ziya Günata, Inés Birlouez, Pierre Brat, Philippe Bohuon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Trystram, Nicolas Jacques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets de la chaleur

Bananes plantains

Asparagine

Acrylamide

Mots clés libres

Acrylamide

Transfert d'énergie

Transfert de matière

Asparagine

Étude cinétique

Antioxydants

Acrylamide

Heat transfer

Mass transfer

Asparagin

Kinetic study

Antioxidants

Résumé

L'acrylamide, connu comme étant une molécule cancérigène, apparait lors de traitement thermique à haute température (>120°C) d'aliments riches en asparagine et en sucre. La friture profonde génère ce composé à des teneurs proche de 0,44 ppm pour les chips de plantain. Or les aliments à base de plantain sont largement consommés dans les pays du sud. Ces travaux de recherche ont pour objectif de mieux comprendre l'accumulation de l'acrylamide lors de l'élaboration de produits frits à base de plantain. Pour y parvenir la teneur en précurseurs (asparagine) a d'abord été obtenue dans différentes variétés de bananes, mais aussi durant le mûrissage d'une variété de plantain d'exportation (Harton). Ces résultats ont permis d'identifier l'asparagine comme étant limitant pour la formation d'acrylamide dans le plantain. Ensuite, une étude cinétique du couplage entre la température et l'activité en eau a été entreprise en système fermé. Le domaine d'étude consistait en 4 températures de traitement (140, 160, 180 et 200°C) et 3 activités en eau (0,43 ; 0,9 ; 0,97). La cinétique de formation et d'élimination de l'acrylamide a été traduite par la somme de 2 cinétiques d'ordre 1. Les paramètres cinétiques ont été identifiés et montrent que la température est le paramètre qui influence le plus la cinétique de l'acrylamide. Le modèle cinétique a dans une autre étape été couplé à un modèle traduisant les transferts d'énergie et de vapeur durant la friture. Le modèle a bien simulé les teneurs en eau et en acrylamide de deux produits frits à base de plantain « tajadas » (produit épais) et « tostones » (produit mince). Les coulages entre transfert et réaction sont discutés en vue d'imaginer des stratégies de réduction de l'acrylamide. Il a été démontré que la formation de l'acrylamide se fait presque exclusivement dans la zone hygroscopique périphérique (croûte). De ce fait, la conduite de la friture en températures variables est recommandée et permet de réduire d'au moins 50% la teneur en acrylamide. La sélection variétale et l'état de maturité du plantain sont les moyens en amont les plus souples pour contrôler la teneur en acrylamide dans le produit final. Des prétraitements par immersion se sont avérés efficaces induisant une réduction significative de l'acrylamide. En revanche, la formulation de molécules antioxydantes ne semble pas avoir d'effet réducteur.

Acrylamide, a molecule known as a carcinogen, appears during heat treatment of asparagine and sugars rich foods at high temperature (> 120 ° C). Deep frying produces this compound at levels close to 0.44 ppm for plantain chips, these foods being widely consumed in developing countries. The aim of the present work is to better understand the accumulation of acrylamide during the process of plantain-based products. In this context, the level of precursors (asparagine) was obtained firstly in different varieties of bananas and also during ripening of an export plantain variety (Harton). These results allowed identifying asparagine as a limiting factor of acrylamide formation in plantain. Afterwards, a kinetic study of the coupling between temperature and water activity was undertaken in a closed system. The field of study consisted of four temperatures of treatment (140, 160, 180 and 200 ° C) and three water activities (0.43, 0.9, 0.97). The kin etics of formation and elimination of acrylamide was translated by the sum of 2 order 1 kinetics. The kinetic parameters were identified and showed that temperature is the parameter that influences the most acrylamide kinetic. The kinetic model, in a further step, was coupled to a model describing energy and steam transfers during frying. The model simulated well water and acrylamide content in two plantain-based fried products: "Tajada" (produced thick) and "tostones" (thin product). The coupling between transfers and reaction were discussed in order to identify strategies to reduce acrylamide. It was demonstrated that acrylamide formation occurs almost exclusively in the hygroscopic and peripheral area (crust). Thus, conducting frying process at varying temperatures is recommended and can reduce by at least 50% the acrylamide content. The varietal selection and the ripeness degree of plantain are more flexible ways to control upstream the levels of acrylamide in the final product. Immersion pretreatments were also effective to reduce significantly acrylamide. However, the formulation of antioxidant molecules did not appear to have reduction effect.