Cours CNAM Arômes

Aliments et formulation

BCA 105 Les arômes alimentaires

Plan du cours

Introduction

Arômes et physiologie humaine

Chimie des arômes

Propriétés des arômes

Formulation des arômes

Analyse des arômes

01

Introduction

Introduction

Définition : Constituant chimique susceptible de créer des stimuli olfactifs

+ Infos

Si l'arôme est ajouté dans la formulation on parle alors d'un additif

DIRECTIVE 88/388/CEE "Arômes"

La législation défini les additifs arômes comme étant un produit ou une substance :

• Destinée à être ajouté à des denrées alimentaires de façon volontaire
• Pour conférer une odeur (et parfois un gout)
• Qui appartient à l'une des 6 catégories d'aromatisants

Attention, sont exclus :

• Substances qui n'apporte que du gout
• Aromates, épices et fines herbes

Les 6 catégories d'agents aromatisants

Exemple de l'arôme vanille

Extraction de l'arôme par biotechnologie

Vaniline

Préparation aromatisante

Extraction de l'arôme par biotechnologie

Substance aromatisante naturelle

Vaniline

Synthèse chimique

Substance aromatisante identique au naturelle

Vaniline

Ethylvaniline

Substance aromatisante artificielle

Arômes et physiologie humaine

Structure de l'organe olfactif

Organe olfactif

Bulbe olfactif

Epithelium olfactif

Cavité nasale

+ INFO

Structure de l'organe olfactif

Les glandes sont à l'origine du mucus qui entoure les cils olfactifs récepteur des molécules aromatiques Les cils olfactifs sont eux rattachés aux cellules olfactives qui se trouvent aux extrémités des neurones olfactifs et qui transmettent les informations au cerveau via le bulbe olfactif Les cellules de soutien ont un rôle protecteur et servent de soutien et de barrière contre le pollen, les allergènes ....

Système olfactif : 6 millions de neurones

Les chimiorécepteurs olfactifs

Prix Nobel de médecine et physiologie (2004)

Richard Axel et Linda Buck

Ces chercheurs ont découvert la famille de gènes qui codent les récepteurs olfactifs (340 gènes) Ces centaines de gènes permettent de détecter plusieurs milliers de molécules odorantes

Le codage de l'odeur

Perception des arômes

Il a deux voies de perception des molécules aromatiques :

• Une voie directe par les narines : Voie Orthonasale.

On va capter plutôt les molécules aromatiques liées par exemple aux parfums

• Une voie indirecte par l'arrière de la cavité nasale : Voie Rétronasale.

On va capter plutôt les molécules aromatiques liées aux arômes alimentaire relarguée dans la bouche suite à la mastication par exemple

Chimie des arômes

Une chimie unique ?

NON

Mais on rencontre 3 grandes familles chimiques

Composés aliphatiques

TERPènes

Composés avec cycle aromatiques

Les composés aliphatiques

Les alcools : Arômes fruités

Les aldéhydes : utilisés plutôt en parfumerie

• Forte concentration : Arôme pomme/fraise en alimentation
• Faible concentration : Arôme orange/citron en parfumerie

Odeur de rance dans le beurre après oxydation des TG et relargage des acides gras volatils (faible nombre de carbone)

Les esters :

Les acides carboxylique:

Les terpènes

Dérivés de la polymérisation de deux unités isoprène (C10)

Les cycliques

Les acycliques

Les composés avec cycle aromatiques

Les aromatiques

Les phénols: possède un groupement alcool

Les thiols : qui donne des arômes de grillé

Chimie proche mais propriétés différentes

Exemple 1 :

Exemple 2 : Isomère cis est 40 fois plus toxique que le trans

propriétés des arômes

Propriétés volatiles

Volatilité d'un arôme : Capacité à passer de la phase liquide à la phase air

Coefficient d’activité γI : Rend compte de la répulsion entre molécule. Plus la répulsion est grande plus les molécules auront tendance à être volatiles car « expulsées » de la matrice

Pression de vapeur saturante : Plus cette valeur est élevée plus la molécule sera en concentration élevée dans la phase air plutôt que dans la phase liquide (à l’équilibre thermodynamique)

+ infos

Propriétés solubilité

Les arômes sont généralement hydrophobe et peu solubles dans l'eau. On détermine cette affinité en calculant le coefficient de partage octanol/eau (P)

• Si la molécule est plus concentré dans l'octanol : Co > Ce donc P > 1 donc log P > 0 : Molécule lipophile
• Si la molécule est plus concentré dans l'eau : Co < Ce donc P < 1 donc log P < 0 : Molécule hydrophile

Le solubilité des arômes a donc un effet très important sur leur utilisation dans les matrices alimentaires :

• Les arômes vont se distribué dans les phases aqueuses ou lipidiques des aliments en fonction de leur solubilité
• Les matrices alimentaires étant majoritairement composées d'eau, les arômes lipophiles vont donc être très volatils
• La formulation des aliments permets de mettre en place des techniques de rétention des arômes pour limiter leur perte
• Pour analyser les arômes on va adapter la méthode d'extraction et d'analyse d'après sa solubilité

Seul de perception

Définition : Plus petite concentration d'un composé que le nez humain est capable de détecter dans un milieu donnée (souvent l'eau)

Seul d'identification

Définition : Plus petite concentration d'un composé qui permet au nez humain d'identifier et assigner la note aromatique

Le nez humain percoit l'odeur puis l'identifie. En général le seuil de perception est donc plus faible que le seuil d'identification

Formulation des arômes

Rôle de l'aromaticien

Gérer la variabilité de la matière première

Adapter l'utilisation de l'arôme au procédé

Doser correctement l'arôme

Le bouquet aromatique

Lors de la dégustation d'un aliment, les arômes sont perçues sous forme de bouquet et il est difficile de discerner independamment chaque molécule aromatique.

On distingue dans le bouquet aromatique trois grandes catégories d'arômes :

• Note de tête : Les premiers arômes perçus par le consommateur. Ce sont les plus volatils et qui donnent la première impression olfactive

• Note de corps : Les arômes qui sont le plus fortement perçus par le consommateur. C'est la note aromatique principal du bouquet

• Note de queue : Les arômes qui persistent chez le consommateur après la dégustation

Comment retarder la perte d'arômes ?

Utilisation de l'émulsification

Grâce à l'émulsification, on peut retarder la perte des arômes notamment en "emprisonnant" les molécules aromatiques lipophiles dans les globules gras émulsifiés

Rappel

L'homogénéisation préalable de l'émulsion pour réduire la taille des gouttelettes est réalisable pour augmenter la stabilité de l'émulsion et donc la conservation des arômes

Comment retarder la perte d'arômes ?

Utilisation de support

On peut fixer l'arôme sur un support pour retarder les pertes. Les supports de fixation sont généralement des poudres.

L'utilisation de cette technique a plusieurs avantages :

Rappel

• Simple et peu couteux

• Dosage par simple pesée

• Répartition homogène à la dilution

• En revanche avec ces techniques, les arômes sont sensibles à l'oxydation et à l'évaporation

Comment retarder la perte d'arômes ?

Utilisation de l'encapsulation

On peut protéger les arômes contre l'oxydation et le relargage

On isole l'arôme du milieu extérieur en formant une capsule protectrice :

• Par coacervation
• Par atomisation
• Par extrusion

Rappel

Le relargage est contrôlé par les propriétés barrières de l'encapsulation

Comment retarder la perte d'arômes ?

Utilisation de l'encapsulation

Exemple : Encapsulation d'huile essentielle de menthe par de la gélatine et de la gomme arabique

Solution émulsifiée contenant : - Huile essentielle de menthe - Gélatine - Gomme arabique

Ajout de transglutaminase

Goutelettes d'huiles encapsulées

L'encapsulation retarde la perte d'arômes dans les matrices alimentaires

Analyses des arômes

Démarche générale d'analyse des arômes

Avant d'analyser les arômes il est nécessaire d'extraire les arômes de la matrice.

Les techniques d'extraction

Par des solvants

On sélectionne un solvant non miscible avec la matrice alimentaire et qui possèden une forte affinité avec les arômes. La séparation se fait par décantation (différence de densité).

Le solvant est ensuite évaporé par évapoconcentration pour récupérer l'arôme et l'analyser ensuite.

Les techniques d'extraction

Par entrainement à la vapeur

L'appareil de Likens-Nickerson permet d'évaporer les arômes avec le solvant qui seront ensuite condenser et qui permet de récupérer séparément le mélange arôme + solvant.

Le solvant est ensuite évaporé par évapoconcentration pour récupérer l'arôme et l'analyser ensuite.

Les techniques d'extraction

Par extraction dans l'espace de tête

Plusieurs méthodes peuvent être utilisées :

• En statique : On laisse les arômes se volatiliser dans l'espace de tête

• En dynamique : On utilise un gaz vecteur pour accélerer la volatilisation

• Par sorption : On utilise une sonde SPME (fibre de silice polaire ou apolaire selon les molécules à extraire). La sonde va sorber les molécules volatiles pour les récuperer.

On extrait les composés volatils dans l'espace de tête

On peut chauffer (désorption thermique) pour accélerer et optimiser la volatilisation des molécules

Avec cette technique l'arôme peut directement être analysé par la suite sans étape d'évapoconcentration.

Les techniques d'analyses

Chromatographie en phase gazeuse (CPG)

Après extraction des différentes molécules aromatique (bouquet) on peut les analyser par CPG qui permet de séparer les molécules et de les identifier.

L'identification se fait au moyen de différentes familles de détecteur. Pour les arômes on utilise principalement 3 grandes familles de détecteur

Les techniques d'analyses

Les détecteurs utilisés en chromatographie en phase gazeuse (CPG)

Détecteur à ionisation de flamme

Spectrométrie de masse

OLfactométrie

Pression saturante

Le calcul se base sur la loi de Henry et l'équilibre thermodynamique entre la forme volatile et dissoute d'une molécule

Le codage de l'odeur

Les gènes découvert permettent de produire des protéines membranaires à l'origine de la détection des molécules odorantes sur les cils olfactifsLes récepteurs sont plus ou moins spécifique à une ou plusieur molécules :

• Un récepteur peut détecter plusieurs molécules
• Une molécule peut activer différents récepteurs
• Un récepteur peut être fortement activé par une molécule A et faiblement par une molécule B. Il y a un effet concentration

Exemple de l'effet concentration du Décanal :

• A faible concentration : agrume
• A forte concentration : bougie grasse

+ Infos sur les arômes

Ce sont des molécules qui doivent être volatiles afin d'arriver jusqu'au mucus nasal présent dans le nez. Dans les aliments, les arômes représentent une multitude de molécule. On parle alors de bouquet aromatique.

ATTENTION : Ne pas confondre avec les saveurs sucrées, salées, acides ...

Olfactométrie

Le détecteur est le nez humain que l'on place directement en sortie de chromatographie. Cette technique permet de déterminer notamment les seuils de perception et d'identification des arômes

Exemple de molécules utilisées dans la stabilisation

Emulsifiants : Lécithines, mono et diglycérides, phospholipides ... Stabilisants : Pectines, gommes ... Epaississants : Gomme, résine ...

Adapter l'utilisation des arômes au procédé

Il est nécessaire de prendre en considération les affinités de l'arôme vis à vis de la matrice (hydrophile, lipophile ...). Les arômes sont également très sensibles à la dégradation thermique et peuvent être éliminé au cours du procédé. Il est donc parfois préférable d'ajouter les arômes en fin de procédé pour éviter les pertes lors de la fabrication

Dosage de l'arôme

La perception des arômes pure peut être modifié llorsqu'ils sont ajouté dans les aliments. La perception peut ainsi être modifiée par les interactions avec les autres constituants. Lors de la conservation, la dégradation et la perte d'arôme est également possible lors du vieillissement du produit.

Les paramètres qui influencent la volatilité d'une molécule

1- La solubilite : Si la molécule est peu soluble dans le liquide (fort coefficient d'activité) elle aura tendance à être plus volatile

2- La nature chimique : Le poids moléculaire favorise la volatilité lorsque ce dernier est plus faible

3- La formulation de l'aliment : L'addition de sel favorise généralment le relargage d'arômes alors que certains anions organiques auront tendance à les retenir

4- La présence d'une faction lipidique : A partir de 1 % de lipide on modifie la volatilité et on favorise la rétention des composés hydrophobe

Spectrométrie de masse

On ionise les molécules d'arômes par une source électronique, chimie ou d'électronébulisation

Substances aromatisantes artificielles

Biotechnologies

Préparation aromatisantes

Synthèse chimique

Origine naturellles

Biotechnologies

Substances aromatisantes naturelles

Arômes de transformation

Arômes de Maillard

Agents d'aromatisation

Origine naturellles

Substances aromatisantes identique au naturelles

Synthèse chimique

Extraits de fumée

Arômes de fumée

Rôle de la transglutaminase

La transglutaminase est une enzyme qui crée des pontages entre certaines proteines. Ici l'utilisation de cette enzyme permet de créer un réseau protéique qui va encapsuler les huiles essentielles contenant les arômes

L'organe olfactif

Il est situé au sommet de la cavité nasale et il est composé de l'épithélium olfactif qui tapisse cette cavité nasale. L'épithélium olfactif est lui même connecté au bulbe olfactif qui transmet les informations au cerveau

Origines naturelles

50 g de vanilline pour 1kg de gousse

Par bioconversion de l'acide férulique

Directive 88/388/CEE du Conseil du 22 juin 1988 relative au rapprochement des législations des États membres dans le domaine des arômes destinés à être employés dans les denrées alimentaires et des matériaux de base pour leur production

Détecteur à ionisation de flamme

Variabilité de la matière première

II est nécessaire de prendre en compte les zones géographiques, les variétés des espèces et la préparation des extraits qui peuvent entrainer une variablité de la matière première dans la préparation des arômes

Les cils olfactifs : des chimiorécepteurs

Chimiorécepteur : Récepteur sensible aux stimulations chimiques même à des concentrations très faibles Les cils olfactifs ont donc la capacité de capter des molécules chimique et de rattacher cela à la perception d'une odeur