Les corps gras sont largement consommés en Algérie sous diverses formes, soit sous forme de produits transformés (huiles végétales pour fritures, shortenings, beurres, margarines, mayonnaise), soit sous forme d’huiles végétales brutes telles que les huiles d’olive et de lentisque. Ces corps gras sont toutefois sujets le plus généralement aux phénomènes d’oxydation, dans le cas où les conditions de stockage sont de fortune ou lorsque des facteurs
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Problématique et objectifs de la thèse
internes ou externes (catalyseurs de l’oxydation) favorisent l’installation de ces phénomènes lors du stockage. Des antioxydants sont utilisés dans les industries des corps gras comme évoqués précédemment, mais sont exclusivement importés par les entreprises algériennes. Ces importations sont le plus souvent subordonnées aux fluctuations des marchés internationaux, constituant de ce fait une véritable contrainte pour nos entreprises nationales. De par la conjoncture actuelle, la tendance est orientée vers la limitation des importations et l’encouragement de la production locale sous toutes ses formes. Des initiatives ont été entreprises et des efforts ont été déployés par les petites et moyennes entreprises (PMEs) en Algérie, afin de revitaliser la dynamique de la production nationale surtout agricole. A titre d’exemple, l’association des figues sèches de Béni Maouche (Béni Maouche, Wilaya de Béjaia) a été l’une des pionnières à avoir certifié et labélisé les figues de la région, ce qui lui a permis d’exporter ce produit vers les états membres de l’union européenne. D’autres PMEs de la région sont dans une dynamique similaire et sont en train d’appliquer ce modèle qui commence déjà à donner ses fruits.
Afin de proposer l’usage des antioxydants naturels extraits à partir de plantes comme antioxydants à utilisation intensive au niveau industriel, il est impératif de confirmer l’effet antioxydant de ces molécules dans une matrice alimentaire modèle : une émulsion type matière grasse tartinables (spread en anglais). En outre, la caractérisation fine de ces molécules est un passage obligatoire pour la compréhension de la contribution d’un ou d’un mélange de composés dans l’activité antioxydante. Dès lors qu’on parle de matrice alimentaire, il est évident que des interactions entre les composés additionnés et certains composés de la matrice prennent place. L’effet de ces interactions sur la stabilité oxydative de l’émulsion étudiée constitue un paramètre crucial pour la compréhension du devenir des molécules bioactives incorporées ainsi que leur efficacité dans la protection contre l’oxydation. Eventuellement, la présence de ces molécules dans un milieu, où deux phases coexistent dans un équilibre thermodynamique stable assuré par un émulsifiant, n’est-il pas en mesure de provoquer un changement dans la microstructure du produit ? Est-il possible que leur présence soit à l’origine d’une modification de la composition moléculaire ?
Afin de répondre à ces questions et de démontrer l’hypothèse d’après laquelle les antioxydants vont assurer une protection de la matrice lipidique, une panoplie de techniques (spectrophotométriques, chromatographiques, spectroscopique, thermiques et optiques) sont nécessaires pour caractériser ces molécules bioactives. Le recours à ces techniques, pour certaines de pointe, nécessite une coopération et collaboration avec des institutions étrangères
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Problématique et objectifs de la thèse
ayant une expertise avérée dans le domaine. C’est notamment par le biais du financement de l’institut de Nutrition, Alimentation et Technologies Agro-Alimentaires (INATAA), Université Frères Mentouri Constantine 1 (UFMC1) que les résultats de la présente thèse de doctorat ont pu voir le jour. Deux institutions internationales et une entreprise agroalimentaire nationale ont contribué et collaboré activement à la réalisation de ce travail de thèse de doctorat, avec l’implication intégrale de l’INATAA, Université Frères Mentouri Constantine 1 :
Equipe MAQUAV (Muscle et Qualité de la Viande), Laboratoire BIOQUAL (Biotechnologies et Qualité des Aliments), INATAA, Université Frères Mentouri Constantine 1 ;
Laboratoire de Biochimie Alimentaire (L06), Institut National de Chimie, Ljubljana, Slovénie ;
Laboratoire de Corps Gras, Département de Nutrition, Diététiques et Sciences Alimentaires, Université d’Etat de l’Utah, Logan, Utah, Etats-Unis d’Amérique ;
Département de recherches et développement et service de contrôle qualité (laboratoire margarinerie), entreprise agroalimentaire CEVITAL SPA, Béjaia, Algérie
Les objectifs du présent travail de thèse se dessinent à travers une stratégie d’investigation des molécules bioactives à propriétés antioxydantes, susceptibles d’induire de façon permanente une stabilité oxydative d’une émulsion modèle, mais aussi leur effet dans l’organisation cristalline d’une des composantes majoritaires de cette dernière: la phase grasse (les triglycérides comme étant les composés cristallisables de cette phase). Trois volets principaux sont abordés de façon exhaustive (Figure 21), eux-mêmes subdivisés en plusieurs objectifs sous-jacents:
i. Relier la composition terpénique de l’huile essentielle d’une plante endémique de l’Afrique
du nord (Pituranthos scoparius) à son pouvoir antioxydant et son aptitude à induire une protection contre l’oxydation du système d’émulsion modèle. La démarche consiste à : 1) Extraction par hydrodistillation de l’huile essentielle à partir des tiges de P. scoparius, 2) Caractérisation chromatographique de l’huile essentielle de P. scoparius, 3) Mise en évidence de son pouvoir antioxydant, 4) Incorporation de l’huile essentielle à différentes concentrations (100 ppm, 300 ppm, 600 ppm et 900 ppm) dans une émulsion type matière grasse tartinable, élaborée à l’échelle laboratoire et testée pour sa stabilité oxydative à ces différentes concentrations, 5) Réalisation d’une analyse sensorielle via un test hédonique, nous permettant de se renseigner sur l’appréciation de sujets naïfs quant l’addition de cette huile essentielle à
60 différentes concentrations. Dans ce cas, un outil statistique (ACP : analyse en composantes principales) et une représentation graphique (biplot) sont utilisés pour déterminer l’influence de la concentration sur la détection de l’arôme de cette huile essentielle par le dégustateur ;
ii. Mise en évidence des interactions pouvant avoir lieu entre les polyphénols issus des extraits
polyphénoliques d’une plante potentiellement riche en anthocyanines (Hibiscus sabdariffa), avec les protéines de la phase aqueuse d’une émulsion modèle. La stratégie adoptée se déploie dans les points suivants : 1) Extraction des polyphénols localisés dans les calices de l’Hibiscus par deux méthodes non conventionnelles : les microondes et les ultrasons, 2) Caractérisation chromatographique des extraits polyphénoliques et mise en évidence de leur activité antioxydante, 3) Incorporation des extraits polyphénoliques montrant le meilleur pouvoir antioxydant dans une émulsion (type matière grasse tartinable), élaborée à l’échelle laboratoire à une concentration fixée à 100 ppm (concentration employée par l’entreprise), 4) Etude des interactions possibles entre ces polyphénols et les protéines via la technique d’électrophorèse et identification des protéines/peptides impliqués dans les interactions par LC/MS-MS. L’impact de ces interactions sur la stabilité oxydative de l’émulsion est étudié. La compréhension de la distribution des polyphénols incorporés dans une matrice de lipides, leur interaction avec les composants du milieu et la préservation de leur activité antioxydante revêt un intérêt technologique majeur en formulation alimentaire ;
iii. Etude de l’effet des terpénoïdes constituant l’huile essentielle de P. scoparius sur la
microstructure de la phase majoritaire de l’émulsion étudiée (phase grasse). Ceci constitue une approche fondamentale de la dynamique des terpènes, dans un environnement caractérisé par une organisation moléculaire cristalline inféodée à la présence de triglycérides (TAGs) pouvant cristalliser sous différentes formes. Cet aspect inédit a été soigneusement étudié par une approche fondamentale basée sur des caractéristiques thermiques, spectroscopiques et microscopiques des lipides cristallins. Deux pistes d’investigations sont menées : la première est menée sur l’huile de palme seule, la seconde sur le mélange constituant la phase grasse de l’émulsion de départ (huile de palme, huile de soja et huile de tournesol.
Figure 22 : schéma de synthèse du design expérimental adopté dans le travail de thèse. WSE : émulsion à base de lactosérum type spread, CCM : chromatographie couche mince, TLC : thin layer chromatography, GC-MS :chromatographie gazeuse-spectrométrie de masse, GCxGC : chromatographie gazeuse bidimensionnelle, HS-GC-MS : headspace-chromatographie gazeuse-spectrométrie de masse, MOEA : extrait aqueux par microonde, MOAC80 : extrait acétonique par microonde, USEA : extrait aqueux par ultrasons, USAC80 : extrait acétonique
61 Deux objectifs déclinent de cette étude : 1) Analyse chromatographique fine de la composition terpénique de l’huile essentielle extraite à partir des deux organes de la plante (les tiges et les fleurs), 2) Etude de l’effet de l’addition de ces deux huiles essentielles sur le comportement à la cristallisation des lipides de l’huile de palme et un mélange des huiles végétales (Mix) constitué des huiles de palme, huile de soja et huile de tournesol (afin de reproduire la composition de la phase grasses des émulsions élaborées à l’échelle laboratoire et à l’échelle pilote). L’intérêt primaire étant de comprendre l’effet de l’huile essentielle de P. scoparius en qualité d’additif sur la microstructure de ces huiles végétales. Cependant, l’intérêt ultime est d’orienter le technologue dans le domaine des corps gras sur la possibilité de modification de la cristallisation des lipides, en vue de l’obtention d’un produit d’une texture particulière à partir d’une microstructure modifiée.