Caractérisation de la morphologie des systèmes eau-huile-protéines

La morphologie des émulsions dépend :

- des proportions relatives d’eau et d’huile 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 St abil it é ému lsio nn ant e (en % d u V )

t après agitation (en min)

Cynara Chanvre Colza Pastel ALBUMINE

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- de la concentration en protéines jouant le rôle d’émulsifiant - du protocole expérimental employé pour fabriquer l’émulsion.

Dans la mesure où les émulsions sont des systèmes thermodynamiquement instables, il est essentiel de maîtriser la nature de la phase continue de l’émulsion. Par conséquent, il est important de savoir comment évolue le système eau-huile-protéines lorsque l’on modifie le rapport eau/huile. Pour cela, nous avons construit un diagramme de phase ternaire permettant de mettre en évidence l’évolution du type de structure formée lorsque l’on modifie le rapport eau/huile et la concentration en protéine.

Les diagrammes ternaires ont été construits pour chacun des isolats protéiques (colza, chanvre, cardon, pastel) en faisant varier trois paramètres :

- le pourcentage d’huile végétale (huile de tourneseol pour chacun des diagrammes afin de ne pas introduire une variable supplémentaire, sur la qualité de l’huile) - le pourcentage d’eau

- le pourcentage de pseudo isolat protéique

Pour chaque type d’isolat protéique, la teneur en huile végétale dans l’émulsion testée varie entre 20 et 80%, la teneur en eau varie entre 16,9 et 76,9%. Les isolats protéiques obtenus présentaient des teneurs en humidité très élevées, de l’ordre de 70%. De ce fait, les teneurs en protéines dans l’émulsion ne peuvent pas être supérieures à 24,8%. Cependant, dans la mesure où l’émulsifiant dans une formulation d’émulsion cosmétique est présent à des pourcentages compris entre 2,5 et 8% de la masse totale de l’émulsion, la fenêtre de mesure utilisée pour faire varier les teneurs en protéines nous permet d’obtenir les informations requises. Pour chaque essai réalisé, les pourcentages réels d’eau et de protéines ont été calculés en fonction de la teneur en protéines et en eau réelles dans les isolats utilisés.

Les solutions ont été réalisées à partir de 50g ou 100g, et les essais ont été conduits en duplicatas.

Les formulations ont été réalisées à l’ultraturrax, à 12000 RPM, durant 2 minutes. A l’issue du mélange, la conductivité des émulsions est mesurée à l’aide d’un conductimètre, et le diamètre des gouttelettes constitutives de l’émulsion est évalué à l’aide d’un microscope optique, suivant un protocole décrit dans la partie expérimentale.

Les diagrammes de phase ont été dessinés sur la base de la formation ou non d’une émulsion ainsi que le type d’émulsion, huile dans eau ou eau dans huile, en s’appuyant sur les observations macroscopiques et microscopiques ainsi que sur la mesure de la conductivité des formulations obtenues.

Les essais ne donnant lieu à aucune émulsification (pas de dispersion des phases, aspect multiphasique dès l’arrêt de l’agitation) ont été notées 0. Les essais donnant lieu à des émulsions eau dans huile ont été notés 1 et les essais donnant lieu à des émulsions huile dans eau ont été notés 2.

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Les diagrammes de phase représentant les différents types de structure susceptibles de se former en fonction du taux de protéines et du rapport eau/huile et de la valeur de la conductivité sont retrouvés en annexe A.2.

Figure 41 : Visualisation en 3D du diagramme ternaire réalisé à partir des isolats protéiques de Chanvre

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Figure 43 : Visualisation en 3D du diagramme ternaire réalisé à partir des isolats protéiques de Cardon

Figure 44 : Visualisation en 3D du diagramme ternaire réalisé à partir des isolats protéiques de Colza

La gamme de concentrations balayée avec les isolats protéiques étant limitée à 20% du total de l’émulsion, cela explique la concentration des points sur un seul quart du triangle. Les figures 41 à 44 correspondent à des représentations en trois dimensions des espaces utilisés pour les formulations. Ils permettent de mieux mettre en évidence les zones de concentrations balayées, dans la mesure où les trois axes n’ont pas tous la même échelle. Il apparaît en premier lieu que quelle que soit la graine, les faibles proportions de protéines liées à des teneurs en huile végétale élevées ne permettent pas la formation d’émulsions. Cela correspond aux zones en bleu sur les représentations 3D.

Pour le chanvre, les teneurs en protéines comprises inférieures à 18% couplées à des teneurs en huile végétale supérieures à 0,6% ne permettent pas la formation d’émulsions. Pour le pastel les teneurs en protéines comprises entre 5 et 13,75% couplées à des teneurs en huile végétale supérieures à 55% empêchent la formation d’émulsions.

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Pour le cardon, les teneurs en protéines comprises entre 0 et 13,75% et supérieures à 18,75%, ainsi que des teneurs en huile végétale supérieures à 55% ne permettent pas la formation d’émulsions.

Pour le colza, la fourchette de 12,75 à 18,75% de protéines ainsi que des teneurs en huile végétale supérieures à 65% sont incompatibles.

La première conclusion qui peut être faite est que le colza semble permettre la formation d’émulsions plus riches en huile végétales comparativement aux autres graines étudiées. D’autre part, pour le chanvre et le cardon, il existe une zone supplémentaire multiphasique située à des teneurs élevées en protéines quelle que soit la teneur en huile. Les émulsions eau dans huile, en vert sur les figures, se forment pour des teneurs en eau inférieures ou égales à 50%, quelle que soit la graine utilisée. Cependant, ces zones sont situées à des endroits divers en fonction des graines : le chanvre induit la formation d’émulsions eau dans huile à des concentrations en huile comprises entre 55 et 65%, et en protéines comprises entre 5 et 18%. Pour le pastel, les teneurs en protéines comprises entre 8 et 12% et les teneurs en huile comprises entre 60 et 80% donnent lieu à des émulsions eau dans huile.

Parmi les quatre graines, le colza est celle dont l’isolat protéique donne lieu au plus grand nombre de formulations monophasiques parmi les essais réalisés. Il semblerait donc que ce soit l’isolat protéique le plus versatile en terme d’affinité avec les phases hydrophiles et lipophiles dans les émulsions, c’est effectivement le plus riche en albumines. Les isolats issus des tourteaux de chanvre et de cardon sont quant à eux plus riches en glutéines. Il est intéressant de noter que les isolats protéiques de pastel présentent des capacités de formation d’émulsions quasi similaires à celles du colza.

Dans le cas du chanvre et du cardon, ces capacités sont plus limitées et similaires.

De manière générale, à des teneurs en protéines faibles dans l’émulsion, il apparaît qu’en fonction de l’augmentation de la teneur en huile, trois zones apparaissent successivement : la zone rouge, correspondant à des émulsions huile dans eau, puis la zone verte correspondant à des émulsions eau dans huile, et enfin la zone bleue, correspondant à l’absence de formation d’émulsions. Cependant, lorsque la concentration en protéines augmente, on observe la formation d’émulsions huile dans eau, même à des teneurs en eau relativement faibles (inférieures à 50%). Il semblerait donc que les isolats protéiques favorisent la formation d’émulsions huile dans eau. Ces derniers seraient donc de nature plutôt hydrophile.