Article pp.105-121 du Vol.30 n°1-4 (2011)

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Rôle des lipides dans la perception olfactive des produits laitiers

H.-E. Spinnler*

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ABSTRACT

Role of lipids in the olfactive perception of dairy products

Lipids hydrolysis leads to a large diversity of volatile compounds in dairy products.

They contribute to the flavour characteristics of these products. On the one hand, the fat phase is a good solvent of the volatile compounds. It contributes to the flavour compound’s retention. On the other hand, fatty acids, which result from lipolysis, are important in the aroma of dairy products. Not only are fatty acids aromatic compounds by themselves, but fatty acids also are precursors of methyl ketones, alcohols, lactones and esters. This paper is a review of current knowledge about the compounds that contribute to the flavour in dairy products. Discussed is the pathway of formation, the sensory properties, and quantities of the main volatile compounds encountered and also the important role of fat in flavour release.

Keywords

fat, lipids, flavour compounds, cheese, butter, sensory property and threshold.

RÉSUMÉ

L’hydrolyse des lipides est à l’origine d’une grande diversité de composés volatils rencontrés dans les produits laitiers. Leur contribution à l’arôme de ces produits est primordiale. D’une part, les matières grasses sont un excellent solvant des molécules volatiles. Elles jouent à ce titre un rôle important dans la rétention des constituants de l’arôme. D’autre part, les acides gras issus de la lipolyse ont des rôles multiples puisque ce sont eux-mêmes des composés aromatiques, ainsi que les précurseurs de méthylcétones, d’aldéhydes, d’alcools, de lactones et d’esters. Cet article présente les voies métaboliques de formation, les proprié- tés sensorielles ainsi que les quantités de ces nombreux composés volatils retrouvés dans divers produits laitiers. Il montre aussi l’intérêt d’étudier la libéra- tion d’arôme à partir des matières grasses.

Mots clés

lipides, composés d’arôme, fromage, beurre, propriété sensorielle, seuil de per- ception.

1. UMR 782 Génie et microbiologie des procédés alimentaires – AgroParisTech./INRA – F-78 850 Thiver- val-Grignon – France.

* Correspondance : [email protected]

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1 – INTRODUCTION

Si les matières grasses ont un rôle important dans la valeur nutritionnelle de l’aliment c’est aussi un composant qui intervient de façon majeure dans la perception sensorielle des aliments et des produits laitiers en particulier. En effet, les matières grasses possèdent trois rôles majeurs sur les propriétés organoleptiques des aliments :

– Ce sont des agents importants de la texture (capacité à faire des systèmes polyphasiques de différentes structures, propriétés émulsifiantes, de stabilisa- tion des mousses).

– Ce sont aussi de très bons supports des composés d’arômes qui sont la plupart du temps hydrophobes, plus ils sont hydrophobes plus le seuil de perception olfactif dans l’huile augmente et celui dans l’eau diminue [1], en conséquence, ils seront libérés au moment de la dispersion de la matière grasse dans l’eau en particulier dans la bouche. Les fromages allégés en matière grasse paraîtront en général moins aromatiques [2] et au contraire pour des produits aromatisés ceux les moins riches en matière grasse paraî- tront plus intenses [3].

– Enfin ce sont des précurseurs d’une grande diversité de composés odorants ou aromatiques qui peuvent donner des qualités recherchées ou redoutées.

L’origine de ces composés est assez diverse et certaines voies de production sont encore hypothétiques.

Cette revue fait le point sur la composition des produits laitiers en composés odorants issus de la dégradation des lipides et leur origine par biosynthèse ou par transformation chimique, sans catalyseur biologique (principalement oxydation et cyclisation), dans l’aliment. Les molécules qui en sont issues sont essentiellement des acides gras, des cétones, des alcools, des lactones, des esters, des aldéhydes et quelques composés soufrés. Un paragraphe est consacré à l’interaction entre les matières grasses et les composés d’arômes.

Les matières grasses laitières étant composées en grande partie de triglycérides, ce sont les acides gras portés par ces composés qui vont être à l’origine de la majo- rité des composés d’arômes trouvés dans cette matière grasse. Les triglycérides peuvent directement être à l’origine de composés d’arômes (voir cas des lactones) mais ils sont en général beaucoup moins réactifs que les acides gras issus de leur hydrolyse. Cette hydrolyse est liée à l’activité de lipases telles que la lipoprotéine lipase du lait, les lipases pouvant être présentes dans les présures naturelles où les lipases issues des micro-organismes mis en œuvre dans les transformations laitiè- res. Il est à noter que beaucoup d’espèces de bactéries lactiques ajoutées pour aci- difier le caillé sont peu lipolytiques. Néanmoins, il a été montré récemment que certaines souches lythiques de Lb helveticus étaient capables d’augmenter signifi- cativement la teneur en acides gras de cheddars [4]. Incapables de les produire et de les libérer à partir des triglycérides, certains acides gras insaturés sont des fac- teurs de croissances importants pour la croissance et le métabolisme des bactéries lactiques [5,6]. Néanmoins les bactéries à Gram positif sont en général plus sensibles à la toxicité de certains acides gras ou monoglycérides d’acides gras [7, 8, 9]

que les bactéries à Gram négatif.

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2 – LES ACIDES GRAS

Il y a un accord général en ce qui concerne l’importance des acides gras sur l’arôme des produits laitiers tels que les fromages et le beurre. Ce sont eux-mêmes des composés aromatiques mais ils sont, de plus, des précurseurs de cétones, d’alcools, de lactones et d’esters. Une forte corrélation entre la teneur en acides gras libres et l’intensité de l’arôme a été observée sur le beurre, le camembert [10]

ainsi que sur du fromage de chèvre [11]. Néanmoins, la fonction acide ne doit pas être ionisée pour que ces molécules soient volatiles, leur importance dans l’arôme va donc être plus grande quand le pH du produit sera au-dessous du pKa [12] (pKa acide butyrique = 4,82 à 25 ˚C).

2.1 Libération des acides gras

Plus de 30 acides gras différents sont présents à plus de 0,1 % dans les glycéri- des du lait [13]. Leur contenu dans les laits diffère suivant la race et l’alimentation de l’animal. Par exemple, il a été montré récemment que la proportion des différents acides gras contenus dans des laits issus de races de brebis différentes était signifi- cativement différente [14]. La composition quantitative en acides gras du beurre, mais aussi de nombreux autres produits laitiers, évolue avec le régime alimentaire de l’animal étroitement lié à la saison. Ainsi, une augmentation de la quantité d’acides gras volatils dans les beurres dits d’été leur confèrerait un arôme plus marqué [15]. Leur présence va aussi dépendre de l’action de la lipoprotéine lipase du lait ou des lipases des bactéries psychrotrophes qui peuvent être présentes dans les laits réfrigérés. Dans les laits, il est possible par analyse des acides volatils de déterminer si un lait présente une rancidité ou pas [16].

Dans les fromages, les acides gras sont principalement issus des lipases d’origine microbienne et principalement fongiques. Certaines lipases, par exemple l’une de celles sécrétées par Geotrichum candidum, libère préférentiellement l’acide oléi- que et les autres acides insaturés en C₁₈ [17]. Penicillium camemberti produit une grande quantité de lipase exocellulaire, principal agent de la lipolyse dans le camembert. Cette enzyme est plus active sur les triglycérides comportant des acides gras à faible poids moléculaire [18]. Les bactéries lactiques utilisées pour la production de produits laitiers sont tout au plus estérasiques mais ne sont pas vraiment lipolytiques (c’est-à-dire actives sur des matières grasses non miscibles au sérum) au contraire des levures et des moisissures. L’hydrolyse de la matière grasse dans les fromages est donc un phénomène lié à l’affinage [19, 20]. L’importance des quantités d’acides gras libres, 23,5 à 66,7 g/kg dans les fromages de type bleu, est principalement due à l’activité des champignons. L’essentiel des acides gras libres ayant entre 4 et 20 atomes de carbone provient, en effet, de la lipolyse des triglycé- rides par les moisissures. Afin de faire des préparations aromatisantes (LMF), des travaux étudiant l’impact de différentes lipases microbiennes sur des matières grasses de laits de chèvres, de brebis et de vaches ont été réalisés [21]. Suivant la taille et la position des acides gras, les préparations lipasiques vont libérer des mélanges d’acides gras avec des propriétés aromatisantes différentes. Ces préparations ont des cinétiques assez différentes sur une même matière grasse mais un comporte- ment assez semblable sur les trois types de matières grasses utilisées comme substrats.

Les acides gras libres à très courte chaîne (C₁ à C₃) ou à chaîne ramifiée (C₄, C₅) résultent de l’action des micro-organismes sur les acides aminés et sur le lactose

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pour l’acide acétique et l’acide propionique [22]. Pour le camembert, Kuzdzal- Savoie et Kuzdzal [22] estiment que 5 % des acides gras libres totaux ne proviennent pas de la lipolyse.

2.2 Qualités organoleptiques des acides gras

Il est généralement admis que les acides gras libres à chaîne longue (plus de 12 atomes de carbone) ont un rôle minime dans la flaveur étant donné leur seuil de perception élevé. Ceux à chaîne courte ou moyenne (4 à 12 atomes de carbone) et à nombre pair d’atomes de carbone ont des seuils de perception beaucoup plus faibles et chacun possède une note caractéristique [23]. Il a été montré dans la fraction acide d’extraits de Parmigiano Reggiano, par chromatographie en phase gazeuse couplée à l’olfactométrie, que sur les 15 acides de moins de 12 carbones détectés, seuls les acides butyrique, hexanoïque et octanoïque pouvaient avoir un rôle olfactif en regard des concentrations présentes [24]. Dans le cas des acides gras insaturés, l’odeur peut varier en fonction de l’isomère considéré [25]. Les acides acétique et propionique ont une odeur typique de vinaigre. L’acide butyrique a une odeur de rance. Les acides octanoïque, 4-méthyloctanoïque et plus particulière- ment le 4-éthyloctanoïque ont des notes odorantes rappelant la chèvre. Ces 2 der- niers ont de plus un seuil de détection très faible (respectivement 0,02 ppm et 0,0018 ppm dans l’eau contre 10 ppm pour l’acide octanoïque) ce qui leur confère certainement un rôle important dans les fromages. En effet, les seuils de perception des acides gras à courte chaîne ramifiée sont jusqu’à dix milles fois plus faibles que ceux des acides gras à chaîne linéaire [26]. Selon leur concentration et leur seuil de perception, les acides gras volatils contribuent donc plus ou moins à l’arôme du fromage, ou bien, pour certains, confèrent un défaut de rancidité [10].

Pendant longtemps, les acides hexanoïque, octanoïque et décanoïque, acides gras volatils majeurs du lait de chèvre, ont été considérés comme responsables de l’arôme des fromages de chèvre comme l’indiquent leurs noms communs (respectivement caproïque, caprylique et caprique). Cependant, les études de Brennand et al. [23] ainsi que celles de Ha et Lindsay [28] n’attribuent pas de descripteurs spéci- fiques de l’arôme « chèvre » aux acides gras linéaires, excepté à l’acide octanoïque.

Par contre, les acides gras possédant 8 atomes de carbone et ramifiés en position 4 présentent des notes aromatiques « chèvre », « mouton », « brebis » [23]. Parmi ces composés, l’acide 4-éthyloctanoïque, absent du lait de vache, est présent dans le lait (13 mg/g de M.G.) et des extraits de fromages au lait de chèvre (0,03 mg/Kg).

Ces concentrations sont supérieures au seuil de perception dans l’eau (1,8 ppb).

L’acide 4-méthyloctanoïque, ou acide hircinoïque, est retrouvé en grande quantité dans le lait (80 mg/g de M.G.) et des extraits de fromages au lait de chèvre (0,26 mg/Kg). Ces deux acides semblent être en grande partie responsables de l’arôme « chèvre » des fromages [19, 26, 27]. Par CPG-olfactométrie [26], il a été démontré l’importance de ces acides gras ramifiés pour l’arôme des fromages de chèvre, et tout particulièrement l’acide 4-éthyloctanoïque. De plus, lorsque ces deux acides sont ajoutés à une base fromagère aromatiquement neutre, le descripteur aromatique « chèvre » est systématiquement cité par le jury de dégustateurs [26]. Il semblerait que l’acide 4-éthyloctanoïque, constituant principal du sébum des poils de chèvre et de bouc, soit responsable de l’odeur externe développée par ces der- niers [28]. L’acide nonanoïque, également décrit comme possédant une odeur de chèvre, ainsi que l’acide 3-méthylbutanoïque, décrit comme possédant une odeur de fromage, jouent également un rôle non négligeable dans l’arôme des fromages de chèvre [26].

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Le beurre reflète l’extrême diversité des acides gras constituants les triglycérides du lait. Les acides butyrique et hexanoïque, avec des concentrations respectives de 2,48 à 94,5 ppm et de 0,99 à 16,8 ppm, semblent être les acides gras les plus importants dans la flaveur du beurre [29, 30, 31]. Néanmoins, les autres acides gras, et en particulier les acides octanoïque, décanoïque, dodécanoïque et tétradécanoï- que ne sont pas négligeables. Au-delà d’une certaine concentration un arôme de rance va apparaître.

Le rancissement est de deux types : la rancidité hydrolytique et la rancidité oxydasique. La rancidité hydrolytique va être liée, en grande partie, à l’augmentation de la teneur en acide de 4 à 12 carbones suite à l’hydrolyse partielle des triglycérides du lait ou du beurre. La rancidité oxydasique sera développée un peu plus loin car elle est issue d’une oxydation chimique des acides gras.

Les acides gras peuvent être dégradés par plusieurs voies enzymatiques qui sont résumées dans la figure 1. Si les acides gras saturés sont principalement dégradés par leur extrémité carboxylique, les acides gras insaturés peuvent, de plus, être oxydés au niveau des doubles liaisons. Ils peuvent être oxydés par l’oxy- gène de l’air ce qui est favorisé par la lumière, les métaux et la chaleur.

3 – LES MÉTHYLCÉTONES ET AUTRES CÉTONES ISSUES DES ACIDES GRAS

La série homologue des méthylcétones à nombre impair de carbone, de C₃ à C₁₅, fait partie des composés les plus importants de l’arôme des fromages à croûte moisie [32, 33, 34, 35]. De nombreuses études ont permis d’appréhender la voie de formation de ces produits dans les fromages [33, 36, 37].

Triglycérides Phospholipides...

Acides gras libres saturés

Lipases

Oxydation du COOH terminal (β-oxydation)

Acides gras insaturés

Epoxydes

Lactones, alcools, aldehydes, …

Acides Alcools, aldéhydes,

ou acides, insaturés

Monooxygénases Lipoxygénases

Hydroperoxyde lyases Desaturases

Acides à 2n-2 C, Méthyl cétones à 2n-1 carbones,

Alcools secondaires

Hydroperoxydes (R -HC -O -O -H)

R’

Figure 1

Schéma général de l’oxydation biologique des acides gras en composés d’arômes.

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C’est principalement les champignons qui produisent les méthylcétones des fromages. Leurs substrats sont les acides gras (figure 1). Elles sont formées par une voie métabolique qui vient se greffer sur la voie de la β-oxydation. Penicillium camemberti, Penicillium roqueforti et Geotrichum candidum possèdent un système enzymatique qui permet une dérivation de la voie normale de la β-oxydation. L’acide gras libre est oxydé en β-cétoacyl-CoA. L’action d’une thiolase libère le β-cétoacide qui est rapidement décarboxylé par une β-céto-acyl-décarboxylase pour donner naissance à une méthylcétone ayant un carbone de moins que l’acide gras initial [38].

Cette voie métabolique représente, pour le micro-organisme, une voie de détoxi- fication du milieu vis-à-vis des acides gras. Elle ne fait intervenir qu’une seule molé- cule de coenzyme A, alors que la dégradation complète en nécessite deux, ce qui permet un recyclage plus rapide du cofacteur [39]. À faible concentration, les acides gras libres sont complètement oxydés en CO2, très peu de méthylcétones sont for- mées. La β-oxydation est une voie métabolique particulièrement importante, 60 % des composés carbonylés produits par Penicillium camemberti, sur milieu de culture à base de lait, sont des méthylcétones [40]. Le mycélium de Penicillium camemberti est plus sensible à l’inhibition par les acides gras que celui de Penicillium roqueforti, malgré une utilisation plus rapide des acides gras pris individuellement.

Chez Penicillium, les spores et le mycélium sont capables de métaboliser les acides gras en méthylcétones, ce qui n’est pas le cas des spores en cours de germination. Ces dernières semblent être plus sensibles à l’effet inhibiteur des acides gras [41]. Geotrichum candidum produit également des méthylcétones comme la pentan- 2-one, l’heptan-2-one, la nonan-2-one et l’undécan-2-one [42, 43]. Il produit égale- ment de la pentan-3-one, production mise en évidence pour la première fois par Jol- livet et al. [43] dans des cultures de 8 souches de Geotrichum candidum.

Les méthylcétones saturées à nombre pair de carbone (2-octanone et 2 déca- none) et les cétones insaturées en C8 (oct-1-én-3-one et l’octa-1,5-dién-3-one), proviennent de l’oxydation intra-chaîne des acides linoléique et linolénique [44]. Ils peuvent être issus d’une auto-oxydation de la matière grasse. La concentration de ces composés augmente au cours des temps de conservation [45]. C’est le méca- nisme qui est proposé pour expliquer leur présence dans les beurres montrant une rancidité oxydasique. Il a été aussi montré que pour les fromages affinés, Penicillium camemberti et Geotrichum candidum possédaient des équipements en lipoxygéna- ses et hydroperoxyde lyases leur permettant de réaliser leur synthèse par voie enzymatique. Les enzymes impliquées dans la synthèse de ces cétones sont une lipoxygénase et une hydroperoxyde lyase retrouvée dans Penicillium camemberti [46] et Geotrichum candidum [47]. Ces 2 enzymes ont été récemment immobilisées avec succès [48].

L’accroissement de la demande par l’industrie alimentaire de composés présen- tant un arôme de fromage bleu a suscité un grand nombre de travaux sur la production de méthylcétones par les champignons, et plus particulièrement par Penicillium roqueforti [36, 37, 40, 41, 49, 50, 51].

Les octan-2-one, nonan-2-one, décan-2-one, undécan-2-one et tridécan-2-one sont décrites comme ayant des notes d’odeur « fruitée », « florale », « moisie », l’heptan-2-one comme ayant une note « fromage bleu » [52,53]. Le seuil dans l’eau des 3 methyl cétones majeures que sont les 2-pentanone, 2-heptanone et 2 nona- none, dans le beurre, sont respectivement de 60, 15 et 8ppm. L’oct-1-én-3-one possède une note « champignon » en milieu aqueux et une note métallique en milieu lipidique [53, 54]. L’octa-1,5-dién-3-one est décrite comme ayant une odeur de

« terre » et l’octan-3-one donne une note « champignon » [55]. Chacun de nous connaît l’importance des notes aromatiques « champignon », « moisi », « beurre » dans le camembert et de la note aromatique typique des fromages à pâte persillée.

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Il est donc incontestable que les cétones et les méthylcétones ne sont pas étrangè- res à ces qualités organoleptiques.

Les méthylcétones ne sont pas le seul apanage des fromages de type camembert. En effet, toutes les méthylcétones rencontrées dans ce fromage sont égale- ment présentes en abondance dans les fromages bleus (11,1 à 34,9 mg/Kg dans le Roquefort où elles représentent 75 % des composés de l’arôme) [32, 34, 35, 56, 57].

Dans ces fromages, l’heptan-2-one est toujours le composé quantitativement le plus important et la quantité de cette méthylcétone est fortement corrélée à l’intensité de la note aromatique « Roquefort ». On rencontre également de grandes quantités de nonan-2-one, de pentan-2-one et d’undécan-2-one dans ces fromages [56]. Les fromages bleus contiennent, en fait, une très grande diversité de cétones, Gallois et Langlois [56] en ont recensé 25 différentes.

On rencontre également des cétones dans les fromages à pâte molle et à croûte lavée [34], et dans les fromages à pâte pressée cuite ou non cuite tels que le Gruyère ou le Cantal [58].

Dans le beurre frais, l’oct-1-én-3-one est en dessous de son seuil de perception, la concentration en augmente progressivement au cours du stockage du beurre jusqu’à 3,3 ppb. Elle est alors en mesure d’altérer les qualités organoleptiques du produit en développant une note métallique caractéristique des beurres oxydés [59, 60].

4 – LES ALDÉHYDES

Les aldéhydes importants dans les produits laitiers, pour ceux issus des matiè- res grasses, sont impliqués plutôt dans des défauts que dans les qualités des produits. C’est le cas en particulier de l’hexanal qui est un très bon marqueur de l’oxydation des matières grasses et en particulier de l’oxydation des acides gras aux insaturations conjuguées (CLA). Ce composé est souvent associé à d’autres aldéhy- des comme le (E,E)-2,4-Nonadienal, l’heptanal et le nonanal, le trans-4,5-Epoxy-2- decenal. C’est le cas pour des beurres enrichis en acides gras polyinsaturés. Par exemple Mallia et al. [61] signalent, qu’après 6 semaines, les beurres enrichis avec des PUFA laissent apparaître des arômes fromager, rance, chimique, de champignon, des arômes herbacé et métallique, plus que pour les beurres conventionnels.

Très récemment Martini et al. [62] ont montré que des cheddars enrichis en acides gras ∆n-3 (Acides Docosahexaènoique DHA et Eicosapentaènoique EPA) montraient des arômes de poisson marqués dès la fin du 1^er jour d’affinage dès que l’enrichissement correspondait à une valeur supérieure à 35 mg/ration (soit 28 g). Ce carac- tère diminue ensuite mais reste présent jusqu’à la fin du temps étudié (180 jours).

Cette observation montre clairement que les réactions d’oxydation radicalaire ont été augmentées. L’oxydation est pourtant mineure et aucune baisse significative de l’enrichissement n’est mesurable. La baisse du défaut au cours du temps pourrait être due à la limitation en substrat oxydant, au caractère réducteur de la pâte du fromage, à l’activité microbienne réductrice ou à un effet masquant d’autres composés d’arômes apparaissant durant l’affinage.

Paradoxalement les cétones et aldéhydes insaturés, liés à l’oxydation des acides gras, sont beaucoup plus problématiques, par les défauts qu’elles génèrent, dans les produits laitiers sans matières grasses ou allégés en matière grasse comme dans des poudres de lactoserum [63] ou les fromages allégés [64] (cf § 7).

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5 – LES ALCOOLS

Avec les cétones, les alcools primaires et secondaires sont considérés comme les composés les plus importants de l’arôme des fromages à pâte molle et croûte fleurie. Par exemple, dans le camembert, l’oct-1-én-3-ol joue un rôle primordial par la note champignon caractéristique qu’il apporte dans ce fromage [35, 57, 65].

Dans les fromages, plusieurs voies métaboliques sont impliquées dans la syn- thèse des alcools. Nous verrons ici uniquement les alcools issus de la dégradation des lipides.

Les méthylcétones, dont nous avons vu les voies de biosynthèse précédem- ment, peuvent être réduites, par l’action de réductases, en alcools secondaires correspondants. Cette réaction a lieu rapidement après l’apparition des méthylcétones et semble être un mécanisme de réduction de l’effet toxique de ces dernières vis-à- vis des micro-organismes d’affinage [39]. Ainsi, la conversion de la pentan-2-one en pentan-2-ol est réalisée par Brevibacterium linens, Geotrichum candidum et Peni- cillium. La réaction inverse, à savoir la production de méthylcétones à partir d’alco- ols secondaires, peut être réalisée par certaines souches de Brevibacterium linens [39, 43, 66].

Les principaux alcools secondaires rencontrés sont l’heptan-2-ol et le nonan-2- ol. Ils représentent chacun respectivement 10 à 20 % et 5 à 10 % des composés d’arôme du camembert [57]. Dumont et al. [35] ont également isolé des quantités notables de pentan-2-ol dans des camemberts très affinés. Moinas et al. [57] n’ont, par contre, pas rapporté la présence de cet alcool dans des camemberts mûrs, ces auteurs l’ont identifié uniquement dans des échantillons jeunes. Gallois et Langlois [56] ont également mis en évidence de grandes quantités d’alcools secondaires avec un nombre impair d’atomes de carbone dans le Roquefort, le bleu des Caus- ses et le bleu d’Auvergne. Les alcools, en particulier le butan-2-ol, l’octan-2-ol et le nonan-2-ol sont également rencontrés dans la plupart des fromages à pâte molle [67]. Onze alcools ont été identifiés et quantifiés dans deux types de brie. Il faut éga- lement signaler que l’octa-1,5-dién-3-ol a été mis en évidence par Adda et al. [68]

dans un échantillon de camembert ayant un goût de celluloïde très prononcé. Ce défaut, imputé à une forte teneur en styrène, traduit un dérèglement du catabolisme, et en particulier celui des acides gras insaturés en C₁₈ par Penicillium camemberti.

Le fromage étudié ne contenait presque pas d’heptan-2-one et d’heptan-2-ol, com- posés généralement présents en quantités relativement importantes. On a observé, dans ces fromages, une oxydation des acides gras en milieu de chaîne, préférentiel- lement à une oxydation terminale par β-oxydation.

L’oct-1-én-3-ol est bien connu pour son odeur de champignon cru. Compte tenu de son seuil de perception faible (0,01 ppm), il apporte une touche caractéristique à l’arôme du camembert. Des essais d’aromatisation d’une base fromagère neutre, menés par Moinas et al. [57], ont montré qu’il est possible de couvrir partiellement la note « bleu » des méthylcétones grâce à cet alcool. Avec des teneurs de l’ordre de 5 à 10 ppm dans la base fromagère, ces auteurs ont obtenu une flaveur se rappro- chant de celle du camembert mature. Présent en trop forte quantité, il est responsable d’un défaut d’arôme [35]. Il n’est par contre présent qu’en très faible quantité dans des camemberts jeunes. En effet, il n’apparaît qu’assez tardivement dans le fromage. Spinnler et al. [69] ont clairement montré que ce composé était issu du métabolisme secondaire de Penicillium camemberti.

Les acides linoléique et linolénique, par oxydation intra-chaîne, sont les précur- seurs de molécules d’arôme comportant 8 atomes de carbone. C’est en particulier

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l’origine de l’oct-1-én-3-ol, l’oct-2-én-1-ol, l’octa-1,5-dién-3-ol et l’octa-1,5-dién-1- ol [44,70]. Dans les fromages à pâte molle et croûte fleurie, l’apparition de l’oct-1- én-3-ol est attribuée au métabolisme des Penicillium [35, 55, 70]. Ces alcools sont sans doute produits par réduction des cétones correspondantes mentionnées plus haut.

6 – LES LACTONES

Le lait ne renferme presque pas de lactones libres. En revanche, celles-ci appa- raissent après chauffage ou acidification. Les précurseurs des lactones sont les acides gras hydroxylés. La fermeture du cycle a lieu sous l’action de la température, du pH et/ou des micro-organismes. Dans le fromage, l’action des micro-organismes sur la production de lactones n’a jamais clairement été mise en évidence. Au contraire, les hydroxyacides précurseurs directs des lactones peuvent être présents sous forme de triglycérides dans le lait [71]. Récemment, Alewijn et al. [72] ont montré comment le chauffage pouvait permettre une cyclisation des 4 et 5 hydroxyacides présents dans les triglycérides du lait (figure 2). Ils ont déterminé les énergies d’acti- vation nécessaires à cette cyclisation en fonction de la position de l’hydroxyle et de la longueur de la chaîne carbonée. Ce mécanisme expliquerait le changement de composition en lactone, en l’absence de micro-organismes, après chauffage du lait ou en présence de micro-organismes qui ne sont pas lipolytiques dans le beurre par exemple. Comme cette réaction de cyclisation intramoléculaire reste significative à 13 ˚C en l’absence de micro-organisme, elle pourrait être la source majeure de lactones dans le Gouda.

Néanmoins, les acides gras hydroxylés peuvent provenir du catabolisme normal des acides gras et être générés à partir des acides gras insaturés par l’action de lipoxygénases ou d’hydratases [73]. À partir des acides insaturés à longue chaîne (C_18:1, C_18:2), les spores de Penicillium roqueforti peuvent former des lactones à 12 atomes de carbone. Chalier et Crouzet [74] ont réalisé cette bioconversion avec des spores de Penicillium roqueforti à partir d’huile de soja et d’huile de coprah.

D’un point de vue organoleptique, les lactones se caractérisent généralement par une note fruitée (pêche, abricot, noix de coco) très prononcée. Les δ-lactones ont en général un seuil de détection plus élevé que les γ-lactones. Dans l’eau, ces seuils sont relativement faibles pour les γ-octalactone, γ-décalactone et γ-dodéca-

Figure 2

Mécanisme proposé pour la formation des δ-lactones à partir de triglycérides contenant des 5-hydroxy acides. R1 = (CH₂)n-CH₃ ; R₂ and R₃= CO-(CH₂)n-CH₃

(d’après Alewijn et al., 2007).

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lactone (7 à 11 ppb), ils deviennent plus élevés pour les lactones à chaîne carbonée plus courte. Les lactones à longue chaîne sont relativement hydrophobes et de ce fait sont très largement retenues par la matière grasse. En présence de matière grasse, leurs seuils olfactifs de perception sont considérablement augmentés [12].

Les γ-lactones et les δ-lactones présentant respectivement au moins 5 et 6 atomes de carbone possèdent au moins un atome de carbone asymétrique. Elles peuvent donc exister sous les formes énantiomériques R et S. Cette chiralité peut induire de légères différences au niveau de la perception olfactive [73].

Les lactones rencontrées dans le camembert sont la γ-décalactone, la δ-déca- lactone, la γ-dodécalactone et la δ-dodécalactone. Ces composés ont également été identifiés dans des fromages de type bleu. On les trouve en faible concentration dans le Roquefort et le bleu des Causses, mais elles représentent 10 % des compo- sés de l’arôme du bleu d’Auvergne [56].

Dans le Gouda, la production de δ-lactone est rapide au début mais elle atteint un plateau à 55 mg kg^-1 de MS après 20 semaines. La production de γ-decalactone est plus lente mais reste significative pendant une période plus longue permettant d’atteindre 5,5 mg kg^-1 de MS après 90 semaines [75].

Le beurre, contrairement au lait, est particulièrement riche en lactones : 26 molé- cules différentes ont été mises en évidence, dont 15 γ-lactones et 11 δ-lactones [76].

Quantitativement, les δ-lactones sont plus importantes que les γ-lactones, la plus importante étant la δ-dodécalactone avec 1,2 à 28,5 ppm. En fait, seule la δ-octalactone, la δ-décalactone et la γ-dodéc-6[Z]-enolactone à l’odeur de pêche contribue- raient réellement à la flaveur du beurre [29, 30, 71].

Selon les équipes de recherches, les concentrations en lactones varient de façon importante. En effet, l’alimentation, la saison, la race et le stade de lactation de l’animal déterminent le potentiel de lactones. Ces concentrations sont également influencées par les conditions de fabrication et de stockage du produit et par son âge [75]. Enfin, la procédure d’extraction utilisée pour quantifier les lactones a égale- ment une incidence sur les résultats car la température de l’extraction peut être à l’origine de la cyclisation des hydroxy-acides en lactones.

7 – LES ESTERS ET THIOESTERS

Les réactions d’estérification ont lieu entre les alcools issus de la fermentation du lactose (éthanol), ou issus du catabolisme des acides aminés, et les acides gras à chaîne courte ou moyenne. Par exemple, les acétates proviennent de l’estérifica- tion d’alcools avec l’acétyl-CoA [77]. Ces réactions sont reconnues comme des réactions de détoxification du milieu, permettant d’éliminer les acides gras et les alcools toxiques. Une grande variété d’enzymes est impliquée dans les réactions d’estérification, telles que les carboxylestérases, ayant un très large spectre de substrat, et les arylestérases présentes dans la plupart des micro-organismes inter- venant dans l’affinage des fromages. La formation d’esters a été largement étudiée dans les boissons fermentées où ils jouent un rôle aromatique important. Leur apparition est due à l’activité des levures [77, 78]. Dans les fromages, les micro-organismes impliqués semblent être principalement les levures. L’apparition des esters a, en effet, lieu en début d’affinage. Geotrichum candidum est également susceptible de produire de nombreux esters dont certains possèdent une odeur de melon très

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prononcée [42]. Les plus communs de ces esters sont les acétates formés à partir d’acétyl-Coenzyme A et d’un alcool, le plus souvent l’éthanol, par l’action d’alcool- acyltransférases [77, 79, 80]. Il peut y avoir une substitution spontanée du coenzyme A par le méthane thiol [81] qui est produit, à partir de la méthionine par divers micro- organismes de l’affinage [82, 83, 84]. Ces thioesters sont très importants dans l’arôme des fromages car ils peuvent avoir des notes fromagères ou fruitées [85]. Ils sont en particulier connus pour leur importance dans les fromages à croûte lavée [82] et les camemberts [85, 86].

La plupart des esters rencontrés dans les fromages sont décrits comme ayant des notes fruitées, florales. Les notes aromatiques les plus citées pour qualifier ces composés sont : ananas, banane, abricot, poire, florale, rose, miel, vin [87, 88]. Cer- tains de ces esters ont un seuil de perception très bas, c’est le cas de l’acétate d’isoamyle qui est détecté dans l’eau à une concentration de 2 ppb [88]. Les esters à faible nombre d’atomes de carbone ont un seuil de perception environ dix fois plus bas que les alcools correspondants.

Les esters sont qualitativement très nombreux dans les fromages [34, 35]. C’est la classe chimique la plus importante de par la diversité des molécules rencontrées.

Cinquante-sept esters ont été identifiés dans les fromages bleus par Gallois et Lan- glois [56] où ils représentent 6 à 15 % des composés de l’arôme. De par leur origine métabolique, les esters identifiés correspondent aux acides et aux alcools présents dans les fromages.

L’acétate de 2-phényléthyle et le propanoate de 2-phényléthyle sont quantitativement importants dans les fromages de type camembert. Au 7^e jour d’affinage, l’acétate de 2-phényléthyle constitue le principal composé du profil aromatique, avec une concentration de 4,6 ppm. Cette concentration chute ensuite pour se sta- biliser aux alentours de 1 ppm [89].

Il a été démontré récemment que dans les fromages à pâte pressée cuite c’est la teneur en alcool et en éthanol en particulier qui était limitante pour la synthèse des esters pourtant très importants pour l’arôme de ce type de fromage [90].

8 – LIBÉRATION DES ARÔMES À PARTIR DES GLOBULES GRAS

La plupart des composés d’arôme étant hydrophobes, ils sont généralement dis- sous dans la matière grasse, cela lui donne un rôle très important. L’élimination de la matière grasse entraîne l’élimination de la plupart des composés d’arôme et il est difficile de retrouver un niveau aromatique acceptable [2]. Les composés d’arôme responsables de défauts, imperceptibles dans un produit contenant de la matière grasse qui les retient, peuvent devenir évidents si elle n’est plus là pour les retenir [63, 64]. Ces composés, s’ils sont peu solubles dans l’eau, peuvent être très volatils quand ils sont présents dans une phase aqueuse, cela du fait de leur fort coefficient d’activité dans l’eau. De nombreux travaux ont été développés sur des matrices diverses de type yaourt. La diversité des propriétés des composés d’arôme (volati- lité, solubilité), la dispersion de taille des globules gras [91], la variété des viscosités de produit ou des structures de gels sont autant de paramètres qui doivent être inté- grés pour comprendre la libération des composés d’arômes. Quand le produit est mis en bouche, la texture va déterminer en partie la mastication du sujet [92] et ainsi la libération des composés d’arôme. Cependant, il peut y avoir un problème d’inter-

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prétation lié à l’intégration sensorielle car la perception de la texture peut influencer celle de l’arôme ou inversement. Dans ces problématiques les matières grasses tiennent une place centrale. Par exemple il a été montré par St-Eve et al. [93], sur une matrice fromagère standardisée, que l’intensité aromatique globale et une note

« fromage bleu » étaient perçues de manière plus intense avec 20 % de MG qu’avec 40 % de MG. Ceci est cohérent avec la libération de 2-heptanone qui est plus facile avec 20 % de MG qu’avec 40 %. Le résultat inverse a été observé avec le diacétyle qui est plus hydrophile. Inversement, la fermeté de la matrice était perçue plus éle- vée avec arôme que sans arôme [93].

9 – CONCLUSIONS

Moinas et al. [57] ont obtenu une note caractéristique de camembert en ajoutant à une base fromagère neutre de l’’heptan-2-one, de l’heptan-2-ol, de l’oct-1-én-3- ol, du nonan-2-ol, du phénol, de l’acide butyrique et du cinnamate de méthyle. Ces résultats montrent bien l’importance des composés d’arôme issus du catabolisme des triglycérides dans l’arôme du camembert.

Parmi le nombre important de composés présents dans la fraction volatile des fromages, les acides gras, les méthylcétones, les alcools secondaires et les esters sont quantitativement les plus importants [94]. La dégradation des lipides joue donc un rôle primordial dans le développement de la flaveur des fromages affinés. Néan- moins, ce ne sont pas les seuls composés impliqués dans l’arôme des produits laitiers. Les composés issus de la dégradation des protéines et des acides aminés, comme les composés soufrés [95], les alcools, les aldéhydes, les amines, le styrène, etc., ont également un rôle très important, de même que les composés issus de la dégradation du lactose [10].

Dans le beurre, si la note de fond vient de la teneur en diacétyle, l’importance de la dégradation de la matière grasse laitière peut agir positivement à faible dose, elle devient rapidement responsable de défauts de rancidité ou d’oxydation à un niveau plus élevé [96].

Enfin aujourd’hui la maîtrise de l’arôme dans les matrices laitières passe non seulement par la maîtrise des concentrations des composés d’arôme produites par des voies biologiques ou par réactions chimiques avec les composants de l’environ- nement (ce qui est déjà très difficile), mais aussi par la maîtrise de la structure du produit, dans laquelle la matière grasse va jouer un rôle très important, car cette structure sera un facteur qui va contribuer à la libération des arômes dans la bouche [92] et en définitive déterminer de façon directe et indirecte la perception du produit laitier [93].

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