Techniques de structuration et d'émulsification de la matière grasse laitière

Technics of fat structuration and emulsification in dairy products

• Auteur / Autrice : Lucie Goibier
• Direction : Fernando Leal-Calderon, Chrystel Faure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 21/11/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets (Bordeaux ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Lecomte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fernando Leal-Calderon, Chrystel Faure, Sophie Lecomte, Marc Anton, Lazhar Benyahia, Martin In
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Anton, Lazhar Benyahia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhéologie

Matière grasse du lait

Cristallisation

Émulsions

Mots clés libres

Emulsion

Coalescence partielle

Cristallisation

Matière grasse laitière

Rhéologie

Interface

Émulsion double

Emulsion

Partial coalescence

Crystallization

Milk fat

Rheology

Interface

Double emulsion

Résumé

Les yaourts et les crèmes glacées sont des matériaux alimentaires obtenus à partir d’émulsions laitières. Les études mises en œuvre dans ce mémoire reposent sur l’élaboration de stratégies visant à réduire la teneur en matière grasse des yaourts et crèmes glacées, sans altérer les propriétés physico-chimiques et organoleptiques des produits. Pour cela, nous avons dans un premier temps travaillé sur une émulsion laitière modèle constituée de matière grasse laitière anhydre dispersée dans une solution aqueuse de caséinate de sodium. Une première approche est fondée sur une augmentation du diamètre moyen des globules gras induite par une instabilité se produisant fréquemment dans les émulsions huile-dans-eau à base de triglycérides cristallisables : la coalescence partielle. Pour cela, il convient de déplacer les protéines adsorbées aux interfaces en ajoutant des tensioactifs de grade alimentaire. Lors de cette étude, nous avons effectué un screening de différents tensioactifs selon leur capacité à provoquer la coalescence partielle. La coalescence se produit préférentiellement lorsque les tensioactifs sont à l’état liquide dans les conditions expérimentales. Nous avons mis en évidence un phénomène d’inhibition de cette instabilité en présence de tensioactifs cristallisables constitués de longues chaînes d’acides gras saturés. Ces tensioactifs facilitent la formation d’une barrière rigide protégeant les gouttes de la coalescence. La seconde stratégie repose sur l’incorporation d’une phase acalorique dans les globules gras, n’affectant pas les propriétés sensorielles. Deux systèmes ont été développés : des émulsions doubles de type Eau-dans-Huile-dans- Eau (E/H/E) et des émulsions doubles Air-dans-Huile-dans-Eau (A/H/E). Nous avons montré qu’il est possible de formuler ces systèmes en l’absence de tensioactif lipophile, la phase acalorique étant stabilisée par des cristaux de matière grasse endogènes. Les caractéristiques de ces systèmes telles que la taille des globules gras ou le taux d’encapsulation sont contrôlées en variant la vitesse de cisaillement. De plus, nous avons montré que le procédé peut être adapté à d’autres huiles cristallisables telles que l’huile de palme, de coprah ou encore le beurre de cacao. Nous avons également mis en évidence les propriétés originales des émulsions doubles ainsi formulées, notamment leur caractère thermo stimulable et la résistance au stress osmotique des émulsions E/H/E. Enfin, ces stratégies ont été transposés à l’échelle pilote.

Yoghurts and ice creams are food materials obtained from dairy emulsions. This study is concerned with the development of strategies for fat reduction in ice creams and yoghurts without altering physico-chemical and organoleptic properties. For that purpose, we first worked on a model dairy emulsion based on anhydrous milk fat dispersed in an aqueous solution containing sodium caseinate. The first approach is based on the increase of the fat droplets’ size induced by an instability occurring in oil-in-water emulsions composed of crystallizable triglycerides: partial coalescence. To induce partial coalescence, low molecular weight surfactants must be added to displace proteins from the interface. We performed a screening of various surfactants according to their ability to induce partial coalescence in a dairy emulsion. We showed that liquid surfactants induced partial coalescence, whereas this phenomenon was prevented when crystallizable surfactants, composed of long saturated fatty acid chains, were added. In this latter case, we provided evidence for the formation of a rigid barrier protecting fat droplets against partial coalescence. The second strategy was based on the incorporation of a fat free fraction in fat droplets. Two systems were developed: Water-in-Oil-in-Water (W/O/W) and Air-in-Oil-in-Water (A/O/W) double emulsions. Both systems were formulated without lipophilic surfactant, the fat free fraction being stabilized solely by endogenous fat crystals. The characteristics of these systems, as the fat droplets’ size and the encapsulation yield were finely tuned by varying the shear rate. We generalized the concept to other crystallizable oils such as palm, coconut oil or cocoa butter. We also evidenced original properties of these double emulsions, especially their resistance to an osmotic stress (W/OW emulsions) and their thermo-responsiveness. Both strategies were finally transposed to the pilot scale.