Conclusion et perspectivese 1" Résultats et discussion onilait Protéines fabrique des émulsions sèches à base de lactosérum et à forte teneur en matière grasse (50 et 55%). Ces produits, lors de leur remise en suspension dans l’eau donne des émulsions liquides à stabilité variable, selon le lot considéré.
Le but de ce projet a été de mettre en avant et de comprendre les mécanismes à l’origine de la déstabilisation des émulsions reconstituées.
Il se développe sur trois grandes parties : ▪ un état de l’art,
▪ une partie regroupant les matériels et méthodes utilisés, aussi bien sur le site industriel qu’au laboratoire, ▪ un partie « Résultats et discussion » dans laquelle différentes hypothèses ont été testées et analysées.
L’état de l’art a mis en évidence les nombreux constituants présents dans le lactosérum, lactose, protéines sérique et minéraux, ainsi que les interactions de ces derniers avec différents facteurs environnementaux tels que le pH et la température.
Cette étude bibliographique a également démontré que la formation d’émulsions et leur séchage sont deux étapes primordiales dans l’obtention d’une poudre de qualité, étant capable de donner une émulsion stable lors de sa remise en suspension dans l’eau.
Les hypothèses testées dans ce projet et dont les parties Matériels & Méthodes et Résultats & Discussions traitent, sont regroupées en deux grandes pistes d’étude : les hypothèses concernant :
▪ le rôle du calcium
L’instabilité des émulsions reconstituées est principalement de la floculation due à la présence de calcium dans l’eau de remise en suspension.
Malgré les traitements thermiques, les protéines existent toujours sous forme native. De plus, elles ne s’agrègent pas par ponts disulfures.
La couverture surfacique est suffisante pour couvrir l’interface (≥ 1,5 mg/m²), il n’y a donc pas d’agrégation par manque de répulsion stérique. En revanche, la charge surfacique faible est un facteur de rapprochement par attraction électrostatique.
Cette attraction entraîne une possibilité de création de ponts calciques entre les protéines interfaciales, lorsque la concentration de calcium du milieu dépasse 250 mg/l.
Cette affinité à la floculation par ponts calciques est variable d’une émulsion reconstituée à l’autre. Cela peut surement s’expliquer par la différence de composition, aussi bien minérale que protéique, des différents tanks de lactosérums.
Conclusion et perspectivese 1" Résultats et discussion Cependant, l’ajout de TPP dans les tanks de lactosérums, de façon peu précise et variable selon les productions, ne permet pas de corréler les différences de composition de matières premières aux différences de stabilité des ER correspondantes.
D’autre part, l’ajout d’un chélateur dans la phase aqueuse, pendant la production, dans le milieu de reconstitution des ER, ou même à sec, directement dans la poudre, permet de diminuer la part de calcium libre en le complexant et ainsi diminuer les ponts calciques interprotéiques et donc la floculation.
▪ le rôle du procédé de séchage
La destructuration des poudres par la tour de séchage à buses entraîne une teneur en MGL plus élevée ainsi qu’une déstabilisation plus importante par floculation.
Les fines et leur fort taux en MGL, sont corrélées à l’indice de coalescence : plus il y a de fines, plus il y a de matière grasse libre et plus il y a de coalescence. Cependant, à une proportion en fines inférieure à 40%, cela n’entraine pas une diminution de la stabilité du produit fini.
Il semble possible de prédire les valeurs de stabilité avant de commencer la production et préparant des émulsions pilotes en laboratoire, avec les matières premières industrielles. Cette méthode demande encore une phase de validation et précision, notamment pour définir la limite d’agrégation à partir de laquelle l’émulsion reconstituée correspondante devient instable.
De nouvelles connaissances pertinentes sur les caractéristiques des produits, les différences entre les deux types de procédé de séchage, ainsi que sur les mécanismes à l’origine de la déstabilisation des émulsions reconstituées ont été acquises grâce à ce projet.
En vue de compléter ce travail, d’autres perspectives d’étude sont envisageables, concernant la matière première.
On pourrait par exemple, étudier l’impact de la composition du lactosérum sur la viscosité des EAS et la SE des ER en absence de TPP.
Ou encore, étudier de plus près le rôle du traitement thermique sur les protéines sériques, sachant que ce dernier peut varier d’une production à l’autre, au niveau de sa durée, de 20 à 52 secondes. Son effet n’est alors pas le même, selon sa durée, sur les protéines thermosensibles, et particulièrement sur la β-lactoglobuline. Il est possible que ce soit un facteur engendrant une variation de la proportion de protéines dénaturées et donc une variation des propriétés émulsifiantes du produit.
Conclusion et perspectivese 1" Résultats et discussion L’autre étude pertinente à mener sur les protéines serait d’étudier les proportions de β-lactoglobuline et d’α-lactalbumine dans les différents lactosérums. Sachant que la β-lactoglobuline a de meilleures propriétés émulsifiantes, mais une sensibilité plus élevée à la chaleur, il se peut que sa quantité varie d’un lactosérum à l’autre, causant la déstabilisation des émulsions. Dans cette optique, une analyse plus poussée des lactosérums initiaux pourrait être mise au point. Par exemple, par électrophorèse et densitométrie ou par HPLC.
Une étude de la composition des lactosérums dans le temps des différents apporteurs, pourrait nous permettre de cartographier ces derniers, en fonction de la saison et des fromages. Cette étude devrait durer au minimum deux ans, pour être représentative.
L’autre solution serait de mettre en place, à la réception, une méthode d’analyse rapide des lactosérums en MAT et NPN, par exemple avec un procédé FTIR type LactoScope (DeltaInstruments).
Concernant le procédé, il reste encore de nombreuses inconnues, notamment concernant les paramètres de séchage.
L’étude menée ici s’est concentrée sur l’étude des produits : matières premières, produits intermédiaires et produits finis. Cependant, les poudres analysées ont été fabriquées par différents opérateurs, à différentes périodes de l’année sans avoir un suivi précis des possibles variations des paramètres de production.
De plus, l’air utilisé pour le séchage est uniquement standardisé au niveau de sa température. Son humidité relative n’est ni mesurée ni modifiée. Or ce paramètre est primordial, puisque plus l’humidité relative est élevée, plus le transfert d’eau du produit vers l’air, dans la tour de séchage, sera lent et limité. Sachant que l’air utilisé provient de l’extérieur, les principaux phénomènes influençant sur son humidité relative sont les phénomènes météorologiques. Cela implique que selon la période de l’année (été/hiver), et même selon le jour considéré, l’outil de séchage diffère dans ces paramètres de procédé.
Une étude plus poussée du procédé de fabrication pourrait permettre de compléter ces nouvelles connaissances et d’apporter les derniers éléments nécessaires à Bonilait Protéines pour maîtriser au mieux ses produits et sa production.
Cela pourrait débuter par une étude comparative des procédé de séchage buses/turbine, sur des tours pilote, en faisant varier uniquement les paramètres de fabrication.
Dans un deuxième temps, l’effet du lactose (et de son état), sur la qualité de l’émulsion sèche et reconstituée pourrait être analysé.
Tableau 43 : Récapitulatif des principaux résultats de l’étude.
Hypothèses de travail Mesures réalisées Résultats
La déstabilisation est due à du crémage par agrégation
Turbiscan Déstabilisation par crémage
Distribution granulométrique avec/sans SDS Déstabilisation = agrégation des globules gras
Indices : agrégation et coalescence SE < 80% si Ia > 50%
Etude statistique Ia = f(SE) Indice d’agrégation corrélé à la SE Effet plus fort pour les B55 que pour les B50 L’environnement de reconstitution des
émulsions est à l’origine de la déstabilisation
Plan d’expérience SE en fonction de :
- la concentration de calcium dans l’eau Calcium (dès 100 mg/l ) = origine de la déstabilisation des ER
- la concentration de sodium dans l’eau Ajout de sodium = pas d’effet sur la stabilité des ER
Tour à buses vs tour à turbine Effet du calcium plus marqué sur les ER tour à turbine
Le calcium déstabilise les émulsions en formant des ponts calciques entre les
protéines adsorbées
Comparaison eau avec ou sans calcium :
- protéines adsorbées Pas d’effet du calcium
- couverture surfacique Pas d’effet du calcium
- charge de surface des GG Charge de surface moins négative si calcium dans l’eau
attraction des GG possible
Electrophorèses des lactosérums et ER Pas de ponts disulfures ; agrégation par facteurs ioniques
agrégation des protéines par ponts calciques Perspectives : Etudier l’effet du traitement thermique sur les protéines : électrophorèse + densitométrie
Ratio β-lactoglobuline / α-lactalbumine
C’est la variation de composition de la matière première qui entraine une
variation de la stabilité de l’ER
Analyse des lactosérums : - MAT ; NPN ; - Protéines ; - MM ; Calcium
En moyenne pour 100 g d’ES :
- 12 g de MAT dont 27% de NPN - 9 g de protéines ;
- 8,5 g de MM dont 0,55 g de calcium
Selon le fournisseur et la période Variation de la composition importante excepté MM
Selon le tank de 90 000 l Variation existante mais moins marquée
Perspective : Valider les résultats avec une étude similaire sur des produits sans TPP ou avec un ratio chélateur/ES connu
Le procédé de séchage MSD est un facteur à l’origine de la déstabilisation
des ER
SE d’ER remises en suspension dans l’eau distillée Même dans cette eau, neutre, les ER tour à buses sont instables : l’effet du calcium est faible car elles sont déjà déstabilisées par d’autres facteurs
Caractérisation rhéologique des EAS Viscosité > 10Vitesse de cisaillement entrée tour à turbine : 200 s-2 Pa.s : élevée et variable d’une EAS à une autre -1 Etude de la poudre (morphologie (MEB) ; MGL) MSD : coques creuses, poreuses et cassantes Turbine : sphères pleines, poreuses, non cassantes
Etude des fines (granulométrie, SE, MEB, MGL) Fines = MGL => coalescence ; Ic > 40 % = impact sur SE