Depuis l’interdiction des farines animales, des quantités considérables d’abats viennent grossir le stock de déchets produits par la filière viande. Par ailleurs, l’incinération de ces sous-produits a un impact négatif sur l’environnement. La majorité de ces co-produits présente une teneur élevée en protéines, entre 15 et 20% (p/p). Dans un précédent travail, nous avons extrait les protéines de poumons de bœuf et nous avons comparé les propriétés moussantes de ces protéines dans un milieu modèle eau-protéines avec des ingrédients commerciaux, tels que les caséinates de sodium et les protéines de lactosérum, de blanc d’œuf et de soja. Les résultats ont montré que les protéines concentrées de poumons de bœuf (PCPB) ont un pouvoir moussant et une stabilité moussante comparables à ceux des ingrédients commerciaux de référence.
L’objectif de ce travail est d’étudier la capacité des PCPB, en qualité d’ingrédients dans un milieu complexe, à former des mousses, tout d’abord en mode discontinu en utilisant un robot ménager, puis en mode continu. Pour cette étude, nous avons choisi d’utiliser des formulations modèles proches de celles rencontrées dans les applications alimentaires réelles. En mode discontinu, nous avons étudié l’effet de la présence de polysaccharides (xanthane, guar et amidon) et d’huile sur le taux de foisonnement. En mode continu, nous avons choisi une matière première dont la composition est similaire à celle d’un produit laitier étudié précédemment (Thakur et al., 2003), dans lequel que les protéines de lait ont été remplacées par les PCPB.
Matériels et méthodes
Les protéines sont extraites du poumon de boeuf à pH 9 après décongélation en utilisant un mélangeur Stephan UMC5 (rapport massique poumon de bœuf/eau de 20%, température 20°C et temps d’extraction 60 min). Les protéines solubles ont été concentrées par précipitation isoélectrique à pH 4, puis lyophilisées afin d’obtenir des
poudres protéiques (PCPB). Les formulations ont été préparées en dispersant les protéines et du sel dans l’eau
distillée pendant une nuit sous agitation mécanique modérée (IKA-Labortechnik, RE 16) à température ambiante. Après ajustement du pH à 7, les protéines hydratées ont été mélangées avec les polysaccharides dans le mélangeur Stephan UMC5 à 750 tpm pendant 30 s ; ensuite, l’huile de tournesol a été ajoutée et dispersée pendant 150 s sous vide. La viscosité des formulations a été étudiée à l’aide d’un rhéomètre à contrainte imposée (SR-5 Rheometrics Scientific, USA). Les indices d’écoulement n et de consistance k ont été déterminés en supposant un modèle rhéologique de type loi puissance. L’opération en discontinu a été effectuée dans un robot ménager (Kenwood KM262) à vitesse constante (750 tpm). L’opération en continu a été réalisée dans une colonne de foisonnement en acier inoxydable constituée de trois étages de 141 mm de hauteur et de 35 mm de diamètre intérieur montés en série. La dispersion du gaz dans la phase continue est assurée par une agitation mécanique à l’aide d’un mobile constitué de trois éléments à quatre pales droites. La formulation à foisonner et le gaz sont introduits à co-courant en pied de colonne. Le débit de gaz débit est imposé à l’aide d’un débitmètre massique (Emerson Brooks, 0-100 mL/min) et celui de liquide grâce à une pompe péristaltique. Les mousses obtenues en sortie ont été caractérisées par leur taux de foisonnement Φ qui représente le rapport du volume de
gaz au volume de phase continue exprimé en pourcentage. Le diamètre moyen des bulles d32 en sortie a été
déterminé à l’aide d’un système d’analyse d’images.
Résultats
Les résultats du foisonnement en discontinu ont montré que les PCPB ont une capacité moussante importante en présence de polysaccharides. Par exemple, pour une formulation qui contient seulement 6% de PCPB et 0,25% de xanthane, le taux de foisonnement atteint 800%. Lors du foisonnement d’une formulation qui contient 6% de PCPB, 0,25% de xanthane, 0,25% de guar et 3% d’amidon, le taux de foisonnement n’atteint que 375%, mais dès que l’on ajoute 15% d’huile dans cette même formulation, Φ chute à 10%. Dans tous les cas, les mousses s’effondrent rapidement après préparation et n’ont donc qu’une très faible stabilité dans le temps.
Le foisonnement en continu a été réalisé à partir de la matière première laitière déjà étudiée en remplaçant les protéines de lait par les PCPB ; sa composition est résumée dans le tableau 1 (Fa). L’évolution de la viscosité apparente en fonction de la vitesse de cisaillement a montré que Fa a un comportement rhéofluidifiant avec un
indice de consistance plus élevé (88 Pa.s0,22 pour Fa) que celui obtenu avec les protéines de lait (75,6 Pa.s0,36). Le
pistonnage a toujours été observé. En conséquence, nous avons décidé de changer la composition de cette formulation en éliminant l’huile et en augmentant la teneur en PCPB à 12% (Fb, tableau 1).
Tableau 1 : Composition des deux formulations Fa et Fb.
Composition % Fa Fb PCPB 6 12 Amidon 6 3 Xanthane 0,25 0,25 Guar 0,25 0,25 Huile 14,1 0 Sel 1 1 Eau 40,9 43,5 Glace 31,5 40 MS 27,6 16,5 Protéines/MS 14,5 54,5 Lipides/MS 54,3 12,1
L’étude rhéologique de cette formulation a montré un comportement rhéofluidifiant avec un indice de
consistance de 31 Pa.s0,30 . Le foisonnement en continu a été effectué avec des rapports de débits gaz/liquide
(G/L) de 10/20 et 20/20 (mL/min), ce qui correspond respectivement à un taux de foisonnement théorique de 50% et de 100% en régime permanent. La vitesse d’agitation N a varié entre 800 et 1200 tpm. Les résultats sont résumés dans le tableau 2. On constate que Φ augmente avec la vitesse d’agitation et atteint la valeur théorique de 50% ou de 100% en augmentant la vitesse d’agitation ; les diamètres moyens sont alors très proches dans les deux cas (respectivement 120 et 130 μm). On notera cependant qu’une vitesse d’agitation plus élevée est requise pour atteindre le taux de foisonnement maximal lorsque le débit de gaz est augmenté.
Tableau 2 : Évolutions de Φ et d32 en fonction des conditions opératoires pour la formulation Fb.
G (mL/min) L (mL/min) N (tpm) Φ % d32 (µm) 10 20 800 40 140 10 20 1000 53 120 20 20 800 60 100 20 20 1000 77 170 20 20 1200 99 130 Conclusions
On retiendra que le foisonnement en batch avec les protéines des PCPB comme agent moussant n’est pas affecté par la présence des polysaccharides, mais qu’il est fortement réduit en présence de lipides. Malgré la viscosité élevée de ces formulations, les mousses formées en présence de polysaccharides et d’amidon s’effondrent rapidement en fonction du temps. Il a également été montré que le foisonnement en continu avec une formulation dont la composition avait été étudiée précédemment avec des protéines laitières est toujours accompagné par un phénomène de pistonnage lorsque les protéines de lait sont remplacées par les PCPB. En revanche, ce phénomène disparaît lors du foisonnement de la même formulation en l’absence d’huile. Ce résultat peut être attribué à l’effet « dépresseur de mousse » bien connu des lipides sur les mousses protéiques (Murray et al., 2007). De plus, les PCPB ont démontré une très forte affinité pour la phase grasse, ce qui rend vraisemblablement ces protéines moins disponibles pour stabiliser les interfaces eau-air en présence de matières grasses. En conséquence, on retiendra que les PCPB conservent une forte aptitude au foisonnement en l’absence d’huile et qu’ils peuvent être utilisés en présence d’huile lorsque l’objectif est d’alléger au maximum de 20% à 30% la matière première.
Références bibliographiques
Murray B.S., 2007. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 12, 7, 232–241. Thakur R.K., Vial C., Djelveh G., 2003. Journal of Food Engineering, 60, 1, 9-20.