SCIENCES DES ALIMENTS, 21(2001) 35-48
1. Université libanaise, Faculté d’agronomie, Département des sciences et des technologies agroalimen- taires, Chouran, BP 13-5368, Beyrouth 1102-2040, Liban.
* Correspondance.
rasaliba@ul.edu.lb
Effet des ions calcium et sodium sur les protéines et la mousse du café
Rachad SALIBA 1 *, Pascale BARED 1, Marie-José AYOUB 1
SUMMARY Effect of calcium and sodium ions on coffee proteins and foam.
The brew is prepared by decoction in a graduated cylinder with demineralized water containing CaCl2 or NaCl (between 0 and ~0.1 M) and 10 % (w/v) of ground coffee. Ca++ decreases the solubility of proteins (PR) of coffee and its foaming power (PM) but increases foam stability (SM), probably by gel forma- tion. Addition of Ca++ is also accompanied by a decrease of pH. Na+ has no si- gnificant effect (p > 0.05) on PR, PM, SM or pH. The measurement of electrical conductance shows that the two ions are partially immobilized by one and/or the other component of the brew.
Key-words: coffee, calcium, sodium, foam, proteins.
RÉSUMÉ
La boisson est préparée par décoction dans des éprouvettes graduées avec de l’eau déminéralisée contenant du CaCl2 ou du NaCl (entre 0 et ~ 0,1 M) et 10 % (p/v) de café moulu. Ca++ diminue la solubilité des protéines (PR) du café et son pouvoir moussant (PM) mais augmente la stabilité de la mousse (SM), proba- blement par la formation de gels. L’addition de Ca++ s’accompagne aussi d’une diminution du pH. Na+ n’a pas d’effet significatif (> 0,05) sur PM, SM, PR ou le pH. La mesure de la conductance électrique montre que les deux cations sont partiellement immobilisés par l’une et/ou l’autre composante de la boisson.
Mots clés :café, calcium, sodium, mousse, protéine.
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1 - INTRODUCTION
La présence de la mousse dans la tasse de café confère à la boisson des pro- priétés organoleptiques appréciées par beaucoup de consommateurs. La mousse agit aussi bien sur les sensations visuelles que sur celles au niveau du palais. En emprisonnant les produits volatils, la mousse retarde leur émission dans l’atmosphère et agit aussi sur les sensations des arômes (NUNES et al., 1997).
Dans certains pays du Moyen-Orient et d’Europe, la préparation tradition- nelle du café se fait par décoction où le café fortement torréfié et finement moulu est placé en contact avec de l’eau bouillante additionnée ou non de sucre (NDJOUENKEU, 1983 ; CLARKE, 1986 ; DEBRY, 1993). Pour obtenir une mousse abondante, le café doit être fraîchement torréfié (PERRIOT, 1994), finement moulu (NDJOUENKEU, 1983 ; PERRIOT, 1994) et utilisé à teneur élevée (NUNESet al., 1997). L’intensité du chauffage peut altérer la couleur de la mousse qui devient plus foncée (PERRIOT, 1994).
La composition des grains et des boissons ainsi que l’influence des différents traitements qu’ils subissent ont fait l’objet de plusieurs publications et ouvrages (ceux, par exemple de : BAZIADOLY, 1984 ; CLIFFORD et WILLSON, 1987 ; CLARKE et MACRAE, 1989 ; MACRAE, 1993 ; DEBRY, 1993 ; SPILLER, 1998).Mais très peu d’études ont été publiées sur les composés et les mécanismes impliqués dans la formation et la stabilité de la mousse du café.
Les travaux de NUNESetal. (1997) et de NUNES et COIMBRA (1998) - portant sur l’influence du degré de torréfaction sur la teneur de l’extrait en protéines, polysaccharides et lipides ainsi que sur le volume et la stabilité de la mousse du café expresso — semblent indiquer que les protéines forment la mousse, que les polysaccharides la stabilisent et que les lipides l’inhibent et la déstabilisent.
NUNESetal. (1997) ont aussi observé que l’effet moussant augmente avec le pH de la boisson qui s’élève avec le degré de torréfaction et s’approche du point isoélectrique des protéines du grain vert situé entre 5,7 et 6,3 (MACRAE, 1989).
Le volume du gaz et la dimension des bulles affectent aussi la capacité moussante du café ; ceci ressort des travaux de ZELLER (1998), sur un
“foam generating component” contenant du carbonate ou du bicarbonate, ainsi que des travaux de PANESARetal. (1999) sur un “soluble expresso coffee” pré- paré par injection de gaz suivie d’une homogénéisation et d’un séchage.
En partant de l’hypothèse d’une implication des protéines dans le dévelop- pement de la mousse du café et des différentes études ayant portées sur l’influence des ions sur les propriétés fonctionnelles des protéines (dont ceux de : KINSELLA, 1981 ; CHEFTELet al., 1985 ; DAMODARAN, 1990 ; ZAYAS, 1997), nous avons voulu tester l’effet des deux cations alimentaires, Ca++ et Na+, sur la mousse ainsi que sur la solubilité des protéines et leur distribution entre la phase liquide et la mousse de la boisson.
Pour pouvoir comparer l’action des deux cations indépendamment du con- tre-ion, nous les avons utilisés sous forme de chlorures.
L’immobilisation de ces cations — par complexation, adsorption ou précipi- tation — s’accompagne d’une diminution de la conductance électrique de la
Effet des ions sur les protéines et la mousse du café 37
boisson. De même, leur fixation sur des sites comportant des protons labiles (COOH, NH+, OH, etc.) libère des protons. Ainsi nous avons décidé de mesurer la conductance électrique et le pH de la boisson.
2 - MATÉRIEL ET MÉTHODES
2.1 Origine du café
Les grains de café torréfiés sont fournis par l’Établissement Najjar (Beyrouth- Liban) où la torréfaction des grains verts (Arabica, Riominas, Brésil) est effectuée dans les mêmes conditions opératoires (température finale : 223 °C).
2.2 Mouture
Toutes les moutures sont réalisées à l’aide d’un moulin à café ménager (Krups 75) : 50 g de café torréfié sont introduits dans l’enceinte et soumis à une mouture de 2 min. La mouture est conservée hermétiquement à 4-5 °C et les tests sont effectués dans les 24 h suivant la préparation de la mouture.
2.3 Préparation et standardisation des solutions de CaCl2 et de NaCl Les différentes solutions à base de chlorure de calcium tetrahydraté (Merck) ou de chlorure de sodium extra pur (Merck) sont préparées avec de l’eau démi- néralisée. Des solutions mères de concentration ~ 0,1M sont standardisées par titrage conductométrique à l’aide d’une solution volumétrique de nitrate d’argent 0,1M (Merck) et servent à la préparation des différentes dilutions.
2.4 Mesures du pouvoir moussant et de la stabilité de la mousse La boisson est préparée par décoction. Cinquante mL d’eau déminéralisée ou de solution sont chauffés à 85 °C puis transvasés dans une éprouvette graduée de 100 mL munie d’un agitateur magnétique (6 mm × 20 mm) et contenant 5 g de café moulu. L’agitation est effectuée à 400 tours/min pour une durée totale de 1 min. L’éprouvette est déposée sur une plaque chauffante (Selecta, Resiplac, Modèle 3000156) maintenue à sa puissance maximale. On continue le chauffage jusqu’au développement d’un volume de mousse de 5 mL au-dessus de la phase liquide. On laisse ensuite reposer dans un bain-marie à 85 ºC. En effet, des essais préliminaires ont montré qu’un chauffage plus prolongé s’accompagne d’une montée très rapide de la mousse qui conduit souvent à sa rupture.
La mousse continue à se développer puis se stabilise. Après 2 min de repos, durée qui s’est avérée suffisante pour la stabilisation de la mousse en formation, on mesure le volume total initial de la boisson (VT0) et le volume initial de la mousse (VM0). Le volume de la mousse est aussi mesuré après 30 min supplé- mentaires de repos au bain-marie (VM30).
Le pouvoir moussant (PM) du café, qui est fonction du rapport entre le volume du gaz et le volume du liquide de la mousse, et la stabilité de la mousse (SM) sont obtenus par les relations :
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PM = ((VT0 – 50) × 100)/(VM0 – (VT0 – 50)) et SM = (VM30 × 100)/VM0. PM et SM sont sans dimension et exprimés en pourcentage (KITABTAKE et DOI, 1982 ; CHEFTELet al., 1985 ; PATEL et KILARA, 1990).
La même mouture sert à tester les différentes concentrations d’un sel donné.
Chaque test est réalisé en double et on calcule la moyenne des deux mesures.
Pour tenir compte du vieillissement du café, le test en double est effectué de la façon suivante : le premier test est réalisé en commençant par l’eau déminéralisée et en passant des solutions les plus diluées aux plus concentrées en sel ; le deuxième test est effectué dans l’ordre inverse, des solutions les plus concentrées vers les plus diluées en terminant par l’eau déminéralisée. Les tests en double sont répétés cinq fois d’une manière indépendante (avec une nouvelle mouture).
2.5 Conductance électrique et pH
Les deux boissons relatives à la même concentration en sel (test en double ci-dessus) sont mélangées puis refroidies à 30 °C dans un bain-marie. On mesure alors leur pH (Denver Instrument, OSI, Modèle 10) et leur conductance électrique (Hach Company, SDT Mètre, Modèle 44600).
Les mesures (par concentration et par sel) sont répétées cinq fois d’une manière indépendante (avec une nouvelle mouture). Les conductances des solu- tions salines pures (CS) sont aussi mesurées. Ce qui nous permet de déterminer pour chaque boisson la conductance théorique (CT) et de la comparer à sa con- ductance mesurée (CM). En effet, la CT d’une boisson de café représente la con- ductance à laquelle on peut s’attendre en l’absence de réactions d’immobilisa- tion du sel par l’une des composantes de la boisson. CT est donc obtenue par la somme de la conductance de la solution saline pure (CS) avec celle de la bois- son de café préparée avec de l’eau déminéralisée (CE) : CT = CS + CE. La diffé- rence (CT – CM) représente la perte en conductance (PC).
2.6 Analyse des protéines
La boisson est préparée selon les conditions décrites dans le paragraphe 2.4.
Les tests en double sont répétés cinq fois d’une manière indépendante (avec une nouvelle mouture). La mousse est prélevée à la pipette. Les échantillons pro- venant de la phase liquide ou de la mousse sont centrifugés à 300 g (Hettich, Rotanta R, Modèle 3501). Le surnageant est conservé à 4-5 °C jusqu’à l’analyse.
Les protéines sont déterminées par la méthode au Bleu de Coomassie G (Merck) décrite par READ et NORTHCOTE (1981). Six solutions (de 0, 25, 50, 100, 150 et 200 mg/L) d’albumine de sérum bovin (BDH) dans du tampon NaCl/phosphate (READ et NORTHCOTE, 1981) sont utilisées comme étalons par la méthode des ajouts successifs. Le réactif de coloration est composé (par litre) de Bleu de Coo- massie (100 mg), d’acide phosphorique 16 M (100 mL) et d’éthanol (46,7 mL).
Vingt-cinq µL d’échantillon de café, dilué si nécessaire avec de l’eau déminé- ralisée, sont additionnés de 25 µL d’étalon et de 950 µL de réactif (READ et NOR- THCOTE, 1981). L’absorbance est mesurée à 595 nm (Sequoia-Turner, OSI, Modèle 340). Pour le même échantillon, la mesure est répétée avec les différents étalons et les six points obtenus servent à déterminer la droite de régression. La concen- tration des protéines dans l’échantillon (PR), exprimée en mg/L, est obtenue par le rapport entre l’ordonnée à l’origine et la pente de la droite de régression.
Effet des ions sur les protéines et la mousse du café 39
Tableau 1 Analyse de variance
Table 1 Analysis of variance
Variablea SCb DLb MCb F Sig.
Ca++
PM EG : 173582,36
IG : 339909,90 Total : 513492,25
11 48 59
15780,214 7081,456
2,228 0,028
SM EG : 1598,583
IG : 1947,600 Total : 3546,183
11 48 59
145,326 40,575
3,582 0,001
PR (mousse)
PR (liquide)
EG : 3395340,4 IG : 2208003,4 Total : 5603343,8 EG : 3897766,4 IG : 2208130,5 Total : 6105897,0
10 44 54 10 44 54
339534,038 50181,896 389776,644
50184,785
6,766
7,767
0,000
0,000
pH EG : 2,034
IG : 2,018 × 10–2 Total : 2,054
11 48 59
0,185 4,204 × 10–4
439,796 0,000
PC EG : 199,496
IG : 0,665 Total : 200,162
11 48 59
18,136 1,386 × 10–2
1308,397 0,000
Na+
PM EG : 143615,76
IG : 688982,25 Total : 832598,01
11 48 59
13055,978 14353,797
0,910 0,539
SM EG : 227,512
IG : 1856,864 Total : 2084,376
11 48 59
20,683 38,685
0,535 0,870
PR (mousse)
PR (liquide)
EG : 721410,09 IG : 4087555,8 Total : 4808965,9 EG : 419338,65 IG : 4261275,3 Total : 4680613,9
10 44 54 10 44 54
72141,009 92898,996 41933,865 96847,165
0,777
0,433
0,650
0,922
pH EG : 3,978 × 10–3 IG : 2,912 × 10–2 Total : 3,310 × 10–2
11 48 59
3,617 × 10–4 6,067 × 10–4
0,596 0,822
PC EG : 19,232
IG : 2,097 Total : 21,329
11 48 59
1,603 4,16 × 10–2
35,926 0,000
a : PM = Pouvoir moussant ; SM = Stabilité de la mousse ; PR = Concentration en protéines ; PC = Perte en conductance.
b : SC = Somme des carrés ; DL = Degrés de liberté ; MC = Moyenne des carrés ; EG = Entre les groupes ; IG = A l’intérieur du groupe.
a : PM = Foaming power; SM = Foam stability; PR = Protein concentration; PC = Loss in conductance.
b : SC = Sum of squares; DL = Degree of freedom; MC = Mean square; EG = Between groups;
IG = Within group.
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2.7 Analyse des résultats
Les analyses de variance (one way Anova) ainsi que les “Paired-Samples T- Test” et les corrélations de Spearman sont obtenus à l’aide de SPSS 10 (SPSS, Inc.). Les droites de régression de l’analyse des protéines sont réalisées à l’aide d’Excel 2000 (Microsoft Corp.). Curve Expert 1.34 (Microsoft Corp.) est utilisé pour l’obtention des meilleures régressions sur les moyennes.
3 - RÉSULTATS
3.1 Pouvoir moussant et stabilité de la mousse
Douze concentrations de CaCl2 (entre 0 et 10,34 × 10–2 M) et de NaCl (entre 0 et 10,00 × 10–2 M) sont testées. L’analyse de variance (tableau 1) montre que Ca++affecte d’une manière significative PM (p = 0,028) et SM (p = 0,001) qui ne sont pas influencés (p > 0,05) par l’addition de Na+.
Figure 1
Variation du pouvoir moussant (PM), de la stabilité de la mousse (SM), de la concentration des protéines (PR) et du pH avec la concentration de Ca++
(— = meilleure courbe de régression).
Variation of foaming power (PM), foam stability (SM), protein concentration (PR) and pH with Ca++ concentration (— = best regression curve).
Effet des ions sur les protéines et la mousse du café 41
PM diminue avec Ca++ (figure 1) et la meilleure régression sur les moyennes (PM) en fonction de la concentration molaire (C) est donnée par la relation :
PMCa = 81,65/(1 – 0,59 × e–109,62 × C) (Erreur standard : S = 33,49 ; Coefficient
de corrélation : r = 0,842) (1)
En revanche, Ca++ augmente SM (figure 1) et la meilleure régression sur les moyennes est :
SMCa = 12,69 × (7,55 – e–731,89 × C) (S = 2,349 ; r = 0,919) (2)
3.2 Protéines
Onze concentrations de CaCl2 (entre 0 et 10,34 × 10–2 M) et de NaCl (entre 0 et 10,00 × 10–2 M) sont testées. L’analyse de variance (tableau 1) montre que seul Ca++ affecte (p < 0,001) la concentration des protéines (PR) dans la mousse et dans la phase liquide.
Pour chacun des deux ions, la comparaison des moyennes par la méthode des “Paired-Samples T-Test” avec un coefficient de sécurité de 0,05 montre que la concentration des protéines dans la phase liquide ne diffère pas d’une manière significative de leur concentration dans la mousse (t = – 3,544 pour Ca++ et t = – 3,016 pour Na+,avec dans les deux cas un nombre de degrés de liberté = 54). Nous avons donc calculé par concentration en sel et par expé- rience indépendante la moyenne des PR obtenus dans les deux phases. La moyenne des PR obtenus avec l’eau et en présence de Na+ (qui est sans effet significatif sur PR) est de : 1187 mg/L (n = 60 ; écart-type = 296).
L’addition de Ca++ s’accompagne d’une diminution de PR (figure 1). La meilleure régression sur les moyennes des PR (liquide et mousse) est :
PRCa = (230,89)/(1 – 0,75 × e35,9 × C) (S = 47,80 ; r = 0,987) (3)
3.3 pH de la boisson
Seul aussi Ca++ affecte (p < 0,001) le pH de la boisson (tableau 1, figure 1). Le pH diminue légèrement et passe de ~ 5,6 en l’absence d’ion ajouté à ~ 5,0 pour une concentration en Ca++ de ~ 0,1 M. Or, le pH augmente de ~ 5,3 à ~ 6,0 lors- que la concentration de CaCl2 dans l’eau déminéralisée passe de 0 à ~ 0,1 M.
L’analyse de régression sur les moyennes montre que le gain en activité des protons augmente linéairement avec la concentration de Ca++ :
H+Ca - H+Eau = 6,45 × 10–5 × C(S = 26 × 10–8 ; r = 0,994) (4)
3.4 Conductance électrique de la boisson
La figure 2 présente pour Ca++ et Na+ les pertes en conductance (PC) calcu- lées à partir des conductances théoriques (CT) et des conductances mesurées (CM) (PC = CT – CM). Pour les deux ions, PC est en régression linéaire en fonc- tion de la concentration molaire. En effet, les pertes moyennes en conductance, exprimées en milli-Siemens, sont données par les relations :
PCCa = 51,99 × CCa (S = 0,163 ; r = 0,993) (5) PCNa = 17,94 × CNa (S = 0,082 ; r = 0,991) (6)
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Par comparaison avec les conductances des solutions salines pures (CS), la conductance perdue dans la boisson représente ~ 31 % de la conductance appor- tée par la solution de CaCl2 et ~ 19 % de celle apportée par la solution de NaCl.
3.5 Corrélations
Le tableau 2 donne les coefficients de Spearman obtenus avec les moyennes de PM, SM, PR (liquide + mousse), pH et PC. Ca++ présente les corrélations signi- ficatives les plus fortes avec PC (0,993), pH (– 0,965), PR (– 0,936) et PM (– 0,804).
Le pH et PC sont en corrélation forte (> 0,8) avec toutes les variables étudiées, exception faite de SM (-0,755 avec le pH et 0,769 avec PC). SM est aussi en faible corrélation avec PM (– 0,692) et ne présente pas de corrélation significative avec PR. PM présente avec PR une corrélation positive (~ 0,8) comparable en valeur absolue à ses corrélations avec : Ca++ (– 0,804), le pH (0,853) et PC (– 0,825).
4 - DISCUSSION
Na+ ne présente pas d’effet significatif sur la solubilité des protéines du café ou sur leur pouvoir moussant (tableau 1).
En revanche, l’addition de Ca++ s’accompagne à la fois d’une diminution du pouvoir moussant et de la concentration des protéines (figure 1). Celles-ci sont par ailleurs également réparties entre la phase liquide et la mousse du café. Tou- tefois, et compte tenu de la « fraîcheur » de la mousse prélevée (mousse non
Figure 2
Perte en conductance avec Ca++ et Na+ ( = Ca++ ; = Na+ ; — = régression linéaire).
Loss in conductance with Ca++ and Na+ ( = Ca++ ; = Na+ ; — = linear regression)
Effet des ions sur les protéines et la mousse du café 43
drainée) et de la méthode analytique appliquée, il nous était impossible de déce- ler le gradient de concentration en protéines qui peut exister à l’intérieur de la mousse (entre les lamelles liquides et les surfaces des bulles) et d’évaluer la pro- portion des protéines effectivement adsorbées à la surface des bulles.
La corrélation de PM avec PR est comparable à sa corrélation avec Ca++ et semble indiquer que les protéines sont fortement impliquées dans la formation de la mousse et que Ca++ les précipite. La mousse de café serait donc constituée de bulles de gaz emprisonnées dans des films protéiques séparés par des fines lamelles liquides constituées, elles aussi, d’une solution concentrée de protéines (CHEFTEL et al., 1985 ; DAMODARAN, 1990).
Le pouvoir moussant des protéines ou leur capacité à retenir les bulles gazeuses dépend de leur structure et de leur solubilité (ZAYAS, 1997). La solubilité des protéines augmente la viscosité du liquide lamellaire et l’épaisseur du film protéique interfacial et assure aussi la stabilité de la mousse (CHEFTEL et al., 1985 ; DAMODARAN, 1990 ; ZAYAS, 1997).
Pour de faibles forces ioniques et en se fixant sur certains sites protéiques, les cations favorisent généralement les interactions protéine-eau aux dépens des interactions protéine-protéine et augmentent ainsi le pouvoir d’hydratation
Tableau 2
Corrélations de Spearman entre les variables obtenues avec Ca++
Table 2
Spearman’s correlations between variables obtained with Ca++
Variablea Ca++ PM SM
PR (mousse +
liquide)
pH PC
Ca++ 1,000
(n = 12)
– 0,804**
(n = 12)
0,762**
(n = 12)
– 0,936**
(n = 11)
– 0,965**
(n = 12)
0,993**
(n = 12)
PM – 0,804**
(n = 12)
1,000 (n = 12)
– 0,692*
(n = 12)
0,782**
(n = 11)
0,853**
(n = 12)
– 0,825**
(n = 12)
SM 0,762**
(n = 12)
– 0,692*
(n = 12)
1,000 (n = 12)
– 0,600 (n = 11)
– 0,755**
(n = 12)
0,769**
(n = 12) PR (mousse
+ liquide)
– 0,936**
(n = 11)
0,782**
(n = 11)
– 0,600 (n = 11)
1,000 (n = 11)
0,927**
(n = 11)
– 0,936**
(n = 11)
pH – 0,965**
(n = 12)
0,853**
(n = 12)
– 0,755**
(n = 12)
0,927**
(n = 11)
1,000 (n = 11)
– 0,986**
(n = 12)
PC 0,993**
(n = 12)
– 0,825**
(n = 12)
0,769**
(n = 12)
– 0,936**
(n = 11)
– 0,986**
(n = 12)
1,000 (n = 12)
* : La corrélation est significative au niveau 0,05.
** : La corrélation est significative au niveau 0,01.
a : PM = Pouvoir moussant ; SM = Stabilité de la mousse ; PR = Concentration en protéines ; PC = Perte en conductance.
* : Correlation is significant at the 0.05 level.
** : Correlation is significant at the 0.01 level.
a : PM = Foaming power; SM = Foam stability; PR = Protein concentration; PC = Loss in conductance.
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ou la solubilité (salting in) des protéines. Ces interactions protéine-eau diminuent avec le rayon d’hydratation de l’ion ou sa densité de charge (KINSELLA, 1981) et s’élèvent avec sa capacité à briser la structure de l’eau (DAMODARAN, 1990). Tou- tefois, nos résultats montrent que l’addition de Na+ et de Ca++ à la boisson de café ne favorise pas ce type d’interactions protéine-eau.
Le traitement thermique que subit le grain de café durant la torréfaction détruit, dénature et insolubilise une grande partie de ses protéines et la fraction résiduelle soluble ne représente que ~ 1,5 g pour 100 g de café (SPILLER, 1998).
Cette fraction est riche en acides aminés carboxyliques et tout particulièrement en glutamique et aspartique qui forment à eux seuls le ~ 1/3 (p/p) des acides aminés totaux (MACRAE, 1989 ; DEBRY, 1993 ; SPILLER, 1998). La taille des poly- peptides qui forment les protéines solubles du café torréfié ainsi que leurs struc- tures et leurs propriétés physico-chimiques n’ont pas fait (à notre connaissance) l’objet de publications. Compte tenu du traitement thermique subi et de la richesse de la fraction protidique en acides aminés hydrophiles, il est probable que cette fraction soit constituée de polypeptides solubles et en pelote dans la phase aqueuse. D’autre part, les chaînes latérales des acides aspartique et glutamique ont respectivement des pKa de 3,86 et de 4,85 (CHEFTEL et al., 1985). Au pH de la boisson (~ 5,6), la fraction protidique soluble pourrait donc présenter une charge globale négative avec un pI inférieur à celui du café vert (5,7-6,3) (MACREAE, 1989). Ca++ pourrait donc se fixer sur les charges négatives des protéines et les précipiter. Au pH de la boisson, les protons des groupements carboxyles non dissociés sont aussi facilement déplaçables par Ca++. La précipitation des protéines de café par Ca++est comparable à son action formatrice d’agrégats ou de gels avec l’ovalbumine (ARNTFIELD et al., 1990), la β-lactoglobuline (MULVIHILL et KINSELLA, 1988) et les polymères poly- carboxyliques, tels que le carboxy-méthyl-cellulose ou l’alginate (WHISTLER et DANIEL, 1985). Il nous semble aussi que la dissolution par les sels de la fraction protidique insolubilisée et dénaturée irréversiblement au cours de la torréfaction est peu probable. Ce qui explique l’absence d’effet observée avec Na+.
Pour un produit donné, PM est fortement influencé par la méthode de mesure (KITABATAKE et DOI, 1982 ; PHILIPS et al., 1987). Avec notre méthode de prépara- tion par décoction de la boisson de café — qui s’approche de la méthode tradi- tionnelle et qui est réalisée sous faible agitation, sans fouettage ou injection de gaz — le pouvoir moussant moyen obtenu avec l’eau déminéralisée est de
~ 198 % (équation 1) pour une concentration moyenne en protéines de
~ 1 190 mg/L (paragraphe 3.2). Alors qu’avec une concentration environ 8 fois supérieure (1 % : p/v) et par fouettage, l’isolat de protéines de soja, le caséinate de sodium et la gélatine présentent respectivement des PM de 154, 198 et 221 % (CHEFTEL et al., 1985).
La stabilité de la mousse (SM) augmente avec Ca++ (tableau 1, figure 1). Le maximum de gain en stabilité est obtenu pour une concentration en Ca++ d’envi- ron 0,011 M (équation 2). La corrélation faiblement négative de SM avec PM peut être simplement due à la méthode de calcul de ces deux paramètres. En effet, SM dépend du rapport du volume de la mousse à 30 min sur son volume initial alors que PM dépend du rapport entre le volume initial du gaz incorporé et le volume initial du liquide dans la mousse.
La viscosité de l’eau augmente avec la concentration en sel (WOLF et al., 1983), ce qui peut augmenter SM. Mais cette augmentation de la viscosité, qui
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est par ailleurs très faible dans la gamme de concentration étudiée, est linéaire et ne semble donc pas être à l’origine de l’allure de SM obtenue. En plus, le même phénomène devait être observé avec NaCl.
Ca++ ainsi que les cations multivalents stabilisent généralement les mousses, les gels et les émulsions protéiques. Plusieurs auteurs (CHEFTEL et al., 1985 ; MULVIHILL et KINSELLA, 1988 ; PATEL et KILARA, 1990 ; BALLA et al., 1998) attri- buent cette action stabilisante à la formation de ponts entre des molécules pro- téiques voisines. Grâce à sa bivalence électronique, Ca++ peut en effet lier entre elles deux fonctions (notamment des groupements carboxyles) appartenant à des protéines adjacentes de l’interface ou des lamelles liquides de la mousse.
Mais cette action stabilisatrice de Ca++ devrait être corrélée positivement avec PR. Or, la corrélation entre SM et PR n’est pas significative (tableau 2). Les ponts intermoléculaires protéine-Ca-protéine peuvent aussi précipiter les protéines sous forme de gels qui augmentent la viscosité et la stabilité de la mousse (ARNT- FIELD et al., 1990 ; BALLA et al, 1998). Tout se passe comme si l’effet déstabilisa- teur, dû à la diminution de PR, est compensé par cette gélation. De plus, SM pré- sente des corrélations relativement faibles (< 0,8) avec l’ensemble des paramètres. Ce qui peut être expliqué par le fait que SM arrive à saturation (maxi- mum) pour de plus faibles concentrations en Ca++ (figure 1).
Seul Ca++ affecte le pH de la boisson (tableau 1, figure 1). Le pH est fortement corrélé à PR, PM et SM (tableau 2). La précipitation des protéines et leur stabili- sation peuvent donc s’accompagner d’une libération de protons. Toutefois, la diminution du pH est très faible comparativement à la quantité de protéines pré- cipitées (équations 3 et 4). En effet, l’addition de CaCl2 à une concentration de
~ 0,1 M libère ~ 7 × 10–6 moles de H+ pour une précipitation de ~ 690 mg de pro- téines contenant ~ 5 × 10–3 moles d’acides glutamique et aspartique (voir ci-des- sus). Ce qui semble confirmer l’hypothèse d’une charge globale négative des protéines au pH de la boisson. D’autre part, la boisson contient aussi des acides organiques (MAIER, 1989 ; SPILLER, 1998), des composés azotés (MACRAE, 1989 ; DEBRY, 1993), des polyphénols (COLMENARES et al., 1998), du H2PO4– (JAGANYI et al., 1999), etc., qui peuvent, compte tenu du pH de la boisson, s’associer à Ca++ et libérer des protons.
Les mesures de la conductance électrique montrent que Na+ et Ca++ sont for- tement « immobilisés » par l’une et/ou l’autre composantes du milieu (figure 2, tableau 1). Pour Ca++, PC est en corrélation négative avec le pH (tableau 2). Or, une diminution du pH doit s’accompagner d’une diminution de PC. Ca++ est donc immobilisé par d’autres réactions que celles aboutissant à la libération de protons. PC est corrélé positivement à SM et négativement à PM et PR (tableau 2). Ce qui semble indiquer que l’action de stabilisation ou de précipita- tion des protéines s’accompagne d’une perte en conductance. La boisson con- tient aussi du SO4– – et du H2PO4– (JAGANYI et al., 1999) qui peuvent précipiter Ca++ sous forme de CaSO4 et CaHPO4 (TONNEAU, 1991). Mais la perte très éle- vée en conductance ainsi que son allure linéaire (équation 5) laissent supposer que l’immobilisation de Ca++ s’opère surtout par son adsorption sur la phase solide en suspension. Les pertes en conductance observées avec Na+ (figure 2, équation 6) peuvent aussi être expliquées par son adsorption sur la phase solide.
Ca++ et Na+ sont des ions alimentaires pour lesquels l’organisation mondiale de la santé ne préconise pas de doses maximales admissibles (W.H.O., 1995).
Mais ces ions peuvent affecter les qualités gustatives de la boisson de café et
46 Sci. Aliments 21(1), 2001 R. Saliba et al.
CLARKE (1986) recommande pour l’eau utilisée dans la préparation de la boisson une concentration inférieure à 100 mg/L pour l’ensemble des ions Ca++ et Mg++
et inférieure à 50 mg/L pour l’ensemble des ions Na+ et K+. Avec cette concen- tration limite en Ca++ et compte tenu des équations 1 et 2, la perte en PM, rap- portée au PM obtenu avec de l’eau déminéralisée, est estimée à ~ 30 % alors que le gain en SM rapporté au SM de l’eau est de ~ 17 %.
4 - CONCLUSION
Cette étude montre l’importance que revêt la nature de l’eau et son taux de minéralisation sur la qualité de la mousse de café. Ca++ précipite les protéines probablement sous forme de gels, diminue le pouvoir moussant du café et sta- bilise la mousse. Les protéines du café semblent aussi être dotées de pouvoirs moussants relativement élevés qu’il faudra confirmer par la suite des travaux.
Reçu le 21 août 2000, accepté le 28 novembre 2000.
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