Formulation raisonnée de biscuits à bénéfice satiété : approches physicochimique, nutritionnelle et sensorielle

Rational formulation of cookies with satiety benefits : physicochemical, nutritional and sensory approaches

• Auteur / Autrice : Cindy Petitjean-Villemejane
• Direction : Camille Michon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et procédés des aliments
• Date : Soutenance le 23/01/2012
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie Procédés Aliments (2009-2019)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Souchon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Cuq, Guy Della Valle, Pierre Aymard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bernard Cuq, Guy Della Valle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Applications industrielles

Aliments enrichis

Commande de processus

Modèles mathématiques

Mesure

Teneur en eau

Biscuits

Mots clés libres

Biscuits

Pâte

Protéines

Fibres

Satiété

Comportement rhéologique

Biscuits

Dough

Proteins

Fibres

Satiety

Rheological behaviour

Résumé

Des biscuits enrichis en protéines et/ou en fibres, contenant peu de matières grasses et de sucres ont été formulés, en optimisant à la fois les paramètres de composition et notamment la teneur en eau de la pâte ; mais également les paramètres du procédé, comme ceux du pétrissage, du façonnage par mouleuse rotative et de la cuisson. Des outils d'aide à la formulation ont été développés afin d'optimiser cette phase. Il s'agit d'un outil sensoriel prédictif de la machinabilité des pâtes moulées et d'un outil mathématique de prédiction de l'hydratation des pâtes biscuitières en fonction de leur composition en protéines et/ou en fibres. La première étape de prototypage, réalisée à l'échelle du laboratoire, a aboutit à la formulation d'environ 250-300 recettes. Les prototypes ont ensuite subit trois sélections multicritères successives (250-300 -> 40 -> 14 -> 4 recettes), avec une fabrication des produits réalisée à l'échelle pilote. Le transfert d'échelle, laboratoire vers pilote, a pu être optimisé en identifiant de façon précise et détaillée les variables de contrôle et les variables d'état du diagramme de production des biscuits. L'étape de prototypage a permis de sélectionner les candidats (protéines et fibres) pertinents pour l'enrichissement. Parmi les 250-300 recettes initiales, 40 recettes ont été sélectionnées sur des critères de composition et de machinabilité et ont été caractérisées d'un point de vue sensoriel (réalisé par Kraft). Parmi ces 40 recettes, 14 recettes ont été sélectionnées pour être représentatives de l'espace sensoriel engendré par les 40 recettes. Sur ces 14 recettes, des études de rassasiement et de satiété, ont été réalisées par d'autres acteurs du projet (tâche 2 et tâche3), pour aboutir à la sélection finale de 4 recettes avec une recette contrôle, une recette enrichie en protéines, une recette enrichie en fibres et une recette enrichie en protéines + fibres. Des digestions in vitro ont été réalisées sur ces 4 maquettes, à l'aide d'un outil sophistiqué et dynamique le TIM-1, pour suivre l'évolution de la viscosité, et de l'hydrolyse des protéines et de l'amidon, le long du tractus gastro-intestinal. Les caractérisations instrumentales réalisées sur les produits sélectionnés aux différentes étapes de la sélection ont permis de montrer l'importance de l'effet de l'hydratation de la pâte et/ou de l'enrichissement en protéines et/ou en fibres sur i) le dimensionnel des pâtons et des biscuits, ii) sur les propriétés rhéologiques à la rupture des biscuits et iii) sur l'état de l'amidon après cuisson et iv) sur l'apport de viscosité et la dégradation des composants durant la digestion. Ces caractérisations ont également permis de s'assurer de la bonne reproductibilité lors des différentes phases de production industrielle. Les résultats obtenus lors des digestions in vitro seront comparés avec ceux de l'étude in vivo.

Cookies enriched with protein and/or fiber, and containing little fat and sugar, were formulated by optimizing both compositional parameters, in particular the water content of the dough, and process parameters such as kneading, shaping by rotary molding machine and baking. Formulation tools have been developed to optimize this phase. These include a sensory tool for predicting the machinability of molded doughs, and a mathematical tool for predicting the hydration of cookie doughs as a function of their protein and/or fiber composition. The first prototyping stage, carried out on a laboratory scale, resulted in the formulation of around 250-300 recipes. The prototypes then underwent three successive multi-criteria selections (250-300 -> 40 -> 14 -> 4 recipes), with product manufacture carried out at pilot scale. The transfer of scale from laboratory to pilot was optimized by precisely identifying the control and state variables in the cookie production diagram. The prototyping stage enabled the selection of relevant candidates (proteins and fibers) for enrichment. From the initial 250-300 recipes, 40 were selected on the basis of composition and machinability criteria, and were characterized from a sensory point of view (carried out by Kraft). From these 40 recipes, 14 were selected to be representative of the sensory space generated by the 40 recipes. On these 14 recipes, satiation and satiety studies were carried out by other project participants (task 2 and task 3), leading to the final selection of 4 recipes: a control recipe, a protein-enriched recipe, a fiber-enriched recipe and a protein + fiber-enriched recipe. In vitro digestions were carried out on these 4 models, using a sophisticated and dynamic tool, TIM-1, to follow the evolution of viscosity and hydrolysis of proteins and starch along the gastrointestinal tract. The instrumental characterizations carried out on selected products at different stages of the selection process demonstrated the importance of the effect of dough hydration and/or protein and/or fiber enrichment on i) the dimensional properties of dough pieces and cookies, ii) the rheological properties at cookie breakage, iii) the state of starch after baking, and iv) the contribution to viscosity and component degradation during digestion. These characterizations also ensured good reproducibility during the different phases of industrial production. The results of the in vitro digestions will be compared with those of the in vivo study.