BTS ANABIOTEC
Florian Savelon
Promotion 2014-2016
72 Avenue de Vals, 43750Remerciements
Je tiens particulièrement à remercier et à témoigner toute ma
reconnaissance à mon maître de stage Stéphane Portanguen pour m’avoir intégré
rapidement au sein du laboratoire et m’avoir accordé toute sa confiance ; pour le
temps qu’il m’a accordé tout au long de cette période, sans oublier sa
participation à l’aboutissement de ce rapport.
Un grand merci à Bérénice Janello, pour tout le temps qu’elle m’a consacré pour
les différentes techniques ainsi que ces explications à mes interrogations.
Également pour sa patience et sa sympathie.
Je remercie particulièrement Jean-Dominique Daudin pour sa disponibilité, ses
explications et pour son aide précieuse lors du traitement de mes résultats de la
baratte; et Raphaël Favier de m’avoir aidé lors des essais de malaxage des muscle.
Un grand merci à Alain Kondjoyan, Directeur de l’Unité de Recherches "Qualité des
Produits Animaux (QuaPA) " et à Pierre-Sylvain Mirade, responsable de l’équipe
Imagerie & Transfert, pour m'avoir accueilli respectivement dans l’unité et dans
l’équipe.
Un grand merci également à…
Françoise Lassalas et Mathilda Serpollier pour leur aide avec les aspects
administratifs de mon stage, leur gentillesse et leur sympathie.
Jean-Michel Auberger, pour sa disponibilité lors de problèmes informatiques.
Toutes les personnes que j’ai eu l’opportunité de rencontrer, pour leur accueil,
leur bonne humeur et leur soutien : Jason, Khaled, Cyril, Hassan.
Sommaire
I. Introduction ... 1
II. Présentation de l’entreprise 1. Présentation générale ... 2
2. Le centre INRA Auvergne-Rhône-Alpes ... 2-3 3. L’unité QuaPA ... 3
4. Le projet MEATIC ... 3
III. Étude bibliographique 1. Le jambon cuit supérieur ... 4
2. Le procédé de fabrication ... 5-6 IV. Matériels et méthodes 1. Les muscles du porc ... 7
2. Injection ... 7-8 3. Le barattage ou malaxage ... 8-9 4. Traitement thermique ... 10
5. Méthodes a) Echantillonnage ... 10-11 b) Extraction des ions des échantillons ... 11
c) Dosage du Sodium ... 11-13 d) Solubilité des protéines... 13-14 6. Les conditions de traitement et les analyses effectuées ... 14-15 V. Résultats 1. Traitement mécanique sur le muscle ... 16
2. Distribution de la teneur en NaCl dans les muscles avec ou sans malaxage dans diverses conditions ... 17
a) Distribution du sel juste après injection ... 18
b) Distribution après malaxage ... 18
c) Distribution après un temps long sans effet mécanique ... 19
3. Traitement thermique ... 19
VI. Discussion générale et conclusion ... 20
I. Introduction
Dans les pays occidentaux, il existe une demande accrue des consommateurs pour des produits plus sains, plus naturels, etc. Les industriels ont très vite répondus à cette demande, et ont mis sur le marché de nombreux aliments moins salés, moins gras, moins sucrés, sans phosphates, sans nitrites, etc. Ces nouvelles gammes de produits sont très vite apparues dans tous les types de produits, comme la production de produit laitier, carnés ainsi que les produits de boulangerie-pâtisseries. Afin de pouvoir répondre à cette demande importante pour les consommateurs, les industriels se sont impliqués dans de nombreux projets de recherche. Ils visent à étudier l’impact de certains ingrédients (intrants) et trouver des solutions innovantes permettant de ne pas dégrader les qualités organoleptiques et technologiques des aliments.
Aujourd’hui le sel est utilisé dans l’alimentation pour l’amélioration du goût du produit, son aspect et sa texture ainsi que l’augmentation de la durée de conservation. Le sel est nécessaire pour un bon fonctionnement de l’organisme, mais une surconsommation de sel peut entraîner le développement de certaines maladies (hypertension artérielle). La consommation totale de sel des Français est bien au-dessus des recommandations de santé publique (8 à 12g/jour au lieu de 5 recommandés).
Un projet collaboratif a vu le jour, MEATIC (Mise au point de solutions innovantes pour le développement de produits de charcuterie sains et durables). Ce projet regroupe plusieurs industriels comme NUTRINAL, COOPERL, BROCELIANDE. Ainsi que 2 partenaires de recherche publique, l’INRA (unités BIA de Nantes et QuaPa de Clermont-Ferrand) et, ONIRIS-GEPEA. Le FUI (Fond Unique Interministériel) MEATIC portera principalement sur les volets de la nutrition santé et sur le développement durable afin de répondre aux exigences des consommateurs, et, a un budget de 7.7M€.
Lors de ce stage, mon travail consistera plus spécifiquement à évaluer la distribution du sel dans les muscles du jambon par des procédés d’injection, de malaxage, et de traitement thermique utilisés chez les industriels. Ces procédés ont été adaptés à des conditions de laboratoire afin de pouvoir suivre, étape par étape, l’homogénéité (ou l’hétérogénéité) du sel afin, à terme, de pouvoir réduire sa teneur dans le jambon cuit. Ces travaux ont été débutés par une étudiante en Master 2. Lors de mon arrivée, elle m’a formé d’un point de vue technique, et je continuerai donc son étude en testant d’autres conditions expérimentales.
Ce stage m’a permis d’appréhender le monde du travail en laboratoire et le domaine de la recherche afin de découvrir les différentes facettes de ce secteur mais aussi d’approfondir mes connaissances acquises pendant l’année tout en m‘en apportant de nouvelles.
II. Présentation de l’entreprise
1.
Présentation générale
L’INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) est un organisme Français crée en 1946, dont le but principal est d’améliorer l’agriculture Française et le domaine de l’agroalimentaire afin de pouvoir rendre le pays autonome sur le plan de l’alimentation grâce à la recherche. En 1984, il deviendra un Établissement Publique à caractère Scientifique et Technologique (EPST). Aujourd’hui, l’INRA est devenu le 1er institut de recherche agronomique en Europe et le 2ème sur le plan mondial. L’institut œuvre au service de l’intérêt public, ainsi qu’au maintien de l’équilibre entre la recherche et la demande de la société. Ses recherches portent sur cinq grands axes :
-L’environnement et l’espace rural ;
-L’alimentation humaine et la sécurité des aliments ; -La biologie intégrative ;
-La biologie informative, -Les sciences sociales.
L’INRA perpétue son développement ainsi que ses nombreuses collaborations avec d’autres centres de recherche. Actuellement répartis dans les 17 centres, l’INRA compte environs 8 500 employés, dont plus de 1800 chercheurs et environ 500 doctorants. Grâce à sa grande capacité, l’INRA a accueille également 2 400 stagiaires de tous niveaux. L’institut dispose d’un budget d’en 886,61 M€/an.
La structure de l’INRA se compose de la direction générale, puis de trois directions scientifiques. De ces directions scientifiques dépendent 13 départements eux-mêmes divisés en plusieurs dizaines d’unités de recherches.
2.
Le centre INRA Auvergne-Rhône-Alpes
L’INRA de Clermont-Ferrand/Theix fait partie du centre Auvergne-Rhône-Alpes qui est constitué de plusieurs sites : Crouël, Theix, Le Mont Dore, Aurillac, Marcenat. Mais depuis le 1er janvier 2015, l’ensemble des unités de l’INRA situées dans les régions Auvergne, Rhône-Alpes et Limousin se sont regroupées. Les recherches portent sur plusieurs domaines :
- La nutrition animale ;
- La filière viande : croissance musculaire bovin et ovin, qualité de la viande, et processus de transformation ;
- La filière fromage ;
- Les productions végétales et leurs méthodes d’amélioration ; - La gestion et la valorisation de l’espace rural.
3.
L’unité QuaPa
L’unité Qualité des Produits Animaux (UR 370) a été constituée en 2005 à partir de la Station de Recherches sur la Viande. Elle comprend actuellement 36 permanents et accueille régulièrement une quinzaine de doctorants et post-doctorants. L’objectif de l’unité est l’amélioration de la qualité nutritionnelle et sanitaire des produits animaux, tout en préservant leurs qualités sensorielles et technologiques. Ces recherches sont dues aux demandes sociétales. Les projets doivent intégrer les contraintes liées à la variabilité de la matière première, essentiellement d’origine musculaire, ainsi que celles liées à la complexité des itinéraires technologiques et à la diversité des aliments fabriqués par les industriels. L’unité est organisée en trois équipes disciplinaires et héberge 2 plateformes : Les équipes Imagerie & Transferts, Biochimie et Protéine du Muscle et l’équipe Micro-contaminants, Arômes et Sciences Séparatives. A celles-ci s’ajoutent 2 plates-formes : La plate-forme protéomique et la plate-forme AgroResonance (Résonnance magnétique Nucléaire).
4.
Le Projet MEATIC
Le FUI MEATIC : Mise au point de solutions innovantes pour le développement de produits de charcuterie sains et durables. Ce projet est une réflexion partenariale d’industriels au travers du processus de développement de produits pour la charcuterie/salaison. Ce projet a pour but de répondre aux enjeux de santé publique et aux attentes des consommateurs. Il porte sur l’amélioration des produits carnés tout en préservant leurs qualités sanitaire et organoleptique : moins de sel, moins de gras, réduction des additifs, ainsi que sur les emballages et la conservation. Aujourd’hui les industriels ont déjà réalisé des travaux sur la réduction du sel mais leurs moyens techniques ne leur permettent pas d’aller plus loin dans leur démarche.
III. Étude bibliographique
Lors de cette étude, nous nous intéressons plus spécifiquement aux jambons cuits de qualité supérieure. Il existe 3 catégories de jambon, définies par le Code des Usages de la Charcuterie française (CIC) :
• Le jambon « supérieur » est un jambon ne contenant pas de polyphosphates, ni de gélifiant et un maximum de 1% de sucre ;
• Le jambon « choix » est un jambon contenant des polyphosphates qui aident à retenir l’eau dans le jambon ;
• Le jambon « standard » est un jambon qui contient à la fois des polyphosphates et des gélifiants.
Diverses études ont étudié les effets d’une surconsommation de sel, et une réduction de celle-ci permettrait d’abaisser le nombre de décès dus aux maladies cardiovasculaires. Des plans de réductions ont été mises en place. Mais cette réduction influe également sur la durée de conservation, la qualité sensorielle ainsi que la texture et la tenue de tranche du produit. Mon travail consistera donc à comprendre les différents effets dus à cette
réduction, ainsi qu’améliorer ces paramètres pour limiter les pertes et gaspillages lors de la production. Cette étude s’inscrit donc également dans une démarche de développement durable.
1. Le jambon cuit supérieur
La consommation annuelle de jambon en France s’évalue à près de 2 115 000 tonnes. Le jambon supérieur représente 89% de la production française de jambon.
Selon la législation française, le jambon cuit de qualité supérieur est fabriqué exclusivement à partir des cuisses arrières du porc et d’aucun autre muscle. Des règles bien précises concernant le processus de transformation sont à respecter :
Saumurage, barattage et cuisson (à celle-ci peut s’ajouter des opérations de sabrage et/ou de steakage permettant d’améliorer la tendreté du produit). Les industriels prévoient une teneur en sel de 2% pour du jambon dit « classique », et de 1.5% pour le jambon à teneur réduite en sel.
Dans l’industrie, le rendement de cuisson a une importance particulière car il détermine les profits et le prix de vente du jambon cuit. Une perte de jus à la cuisson trop importante pourrait également diminuer la qualité organoleptique du produit.
Le jambon cuit est constitué de plusieurs muscles présents dans la partie postérieure du porc. Nous nous intéresserons plus particulièrement au muscle Semimembranosus.
Les muscles sont composés de 75% d’eau, 22% de protéines, 2-5% de matières grasses et 1% de minéraux. Leur tissu musculaire est composé de 3 types de protéines :
• Protéines myofibrillaires : ≈50% • Protéines sarcoplamisques : ≈30% • Protéines du tissu conjonctif : ≈10%
2. Le procédé de fabrication
Dans la littérature scientifique, il existe très peu de données concernant l’effet des différents procédés utilisés par les industriels. La plupart des travaux ont été initiés aux seins de l’unité QuaPA lors de la thèse de Diaa Sharedeh.
Les industriels réalisent plusieurs étapes au cours de la fabrication afin d’optimiser le rendement technologique pour avoir le minimum de pertes lors de différentes étapes de fabrication. Lors de ce stage, nous nous ciblerons seulement sur quelques étapes qui sont importantes à éclaircir pour comprendre les différents procédés.
Le principal point de contrôle est le pH, car le pouvoir de rétention d’eau du tissu musculaire dépend de cette propriété et influe sur son rendement technologique. Le pH « idéal » de la viande doit se situer vers 5,6.
Après la séparation des muscles, l’étape de saumurage consiste à envoyer, par des aiguilles, de la saumure (solution aqueuse de chlorure de sodium avec, éventuellement d’autres additifs). L’injection a rôle principal de forcer la pénétration de la saumure dans le muscle et de réduire ainsi le temps nécessaire pour obtenir un produit homogène.
Il y a ensuite l’étape du malaxage des muscles saumurés. Elle consiste à améliorer la diffusion de la saumure dans le muscle et la tenue de tranche. Cette étape permet également de produire le limon, sorte d’exsudat plus ou moins riche en protéines solubilisées. Celui-ci sert de colle naturelle lors de l’assemblage des muscles pour former le jambon. Un limon de bonne qualité est souvent synonyme d’une bonne tenue de tranche lors de la découpe du jambon. Dans l’industrie, on peut trouver différentes barattes dont les dimensions et caractéristiques techniques (diamètre, charge maximal, durée et vitesse de rotation, géométrie des pales) ont une importance pour la diffusion du sel.
La cuisson est la 3ème étape très importante pour les industriels. Des barèmes différents de cuisson ont été fixés empiriquement dans l’industrie afin d’optimiser le rendement de cuisson. Il s’agit d’une étape déterminante sur le plan économique.
Figure 1 : Les caractéristiques des étapes du processus de fabrication du jambon cuit.
Etapes Opérations Caractéristiques
1 Réception et contrôles
pH ultime (entre 5.6 et 6.2)
Autres paramètres : température, couleur, poids, épaisseur de la couenne...
2 Parage et désossage
Retrait de la couenne, du gras de couverture et des os (le quasi, le péroné, le tibia et le fémur) → jambon 5D (Découenné,
Dégraissé, Désossé, Dénervé et Dépiécé).
3 Saumurage
Injection, sous pression, de la saumure (solution aqueuse de sel + additifs + conservateurs… (selon la qualité recherchée).
Rôle principal : forcer la pénétration de la saumure au cœur de
la viande
4 Malaxage ou barattage
Muscles saumurés introduits dans des barattes tournant sous vide d’air.
Rôles principaux : améliorer la diffusion de la saumure dans le
muscle et la tenue de tranche + extraction du limon (eau + protéines solubilisées).
5 Moulage Mise en forme + sous vide (cohésion, rendement de cuisson,
tendreté)
6 Cuisson /
refroidissement
Pasteurisation + coagulation des protéines → 2 étapes + stoppe la cuisson + forme gel (tenue du produit).
7 Conditionnement Eliminer le jus de cuisson + éviter les contaminations + mettre sous vide.
IV. Matériels et méthodes
1. Les muscles de porc
Les muscles qui ont été utilisés pour les expériences proviennent de l’entreprise COOPERL (30 muscles Semimembranosus (SM) provenant du même lot). À la réception des muscles, leur pH ultimes est mesuré et atteint environ 5,7± 0.15. Tous les muscles seront placés sous vide et conservés à -20°C jusqu’à leur utilisation. Afin de préparer les expériences dans les meilleures conditions, les muscles seront décongelés pendant 48 heures à 4°C.
2. Injection
L’injection est réalisée en utilisant une injecteuse développée au laboratoire, et permettant de travailler à la même pression qu’en industrie, tout en maîtrisant la position des points d’injection. Le fait de développer une injecteuse a été motivé par le fait qu’une injecteuse pilote industrielle fonctionne en utilisant une grande quantité de viande (50kg par expérience). La saumure injectée est composée uniquement de chlorure de sodium (NaCl) en solution dans de l’eau à une concentration de 18% et conservée avant chaque utilisation à 4°C.
Afin d’avoir un rendu reproductible, tous les muscles SM seront préalablement découpés avant chaque injection aux dimensions suivantes : L18; x l 9.5; x e 5. Ces dimensions sont parfaitement adaptées à la fois aux dimensions de l’injeteuse, et aussi du simulateur de malaxage (Cf : IV.3.).
Après la découpe, le muscle sera placé dans un filet (servant à maintenir le muscle pendant l’injection, et à la faire tourner lors du malaxage), pesé seul afin de déterminer la quantité de saumure absorbée par celui-ci, puis la saumure est injectée 8 et 10% du poids du muscle.
L’injection se fait par un dispositif multi-aiguilles (au nombre de 3). On peut alors fixer le taux d’injection qui se fait en modulant la pression d’injection et le nombre de point d’injection.
Le muscle est disposé sur une table à déplacement 2D sur laquelle est fixée une cuve. Le muscle est fixé, à l’aide de différents systèmes de contention afin de limiter des éventuels mouvements lors de la pénétration des aiguilles. L’injection du muscle fonctionne grâce à la descente d’un vérin électrique, puis à l’approche du muscle, la saumure sera délivrée manuellement dès la pénétration des aiguilles par ouverture d’une vanne branchée sur le circuit de la pompe. Celle-ci sera immédiatement refermée au bout de la descente du vérin et ré-ouverte pour sa remontée. Un plan d’injection a été mis au point afin d’obtenir une teneur en NaCl dans le muscle d’environ 2% (Cf : Figure 5).
Figure 2 : L’injecteur mis au point par l’équipe et utilisé dans les expériences.
3. Le barattage ou malaxage
Les essais de malaxage sont réalisés avec le simulateur mis au point lors de la thèse de Sharadeh (2015). Cet appareil a été développé dans le but de reproduire les solicitations mécaniques subies par les muscles malaxés dans des barattes industrielles, ainsi que mesurer ces traitements mécaniques, ce qui reste impossible dans les différentes barattes industrielles.
Le muscle préalablement injecté sera ensuite disposé dans une cuve, il sera mis en rotation, et il subira des compressions successives grâce à un piston équipé de capteur de force.
Les compressions qui lui seront appliquées seront brèves, de l’ordre de 0,5 secondes, elles seront perpendiculaires à l’axe principal du muscle et séparées par des périodes de 6 à 22 secondes, cela simulera des chutes dans le cas des barattes tournant à 12 tours par minutes. Le taux de compression (variation de l’épaisseur du muscle/épaisseur initiale) du muscle varie linéairement avec la hauteur de chute dans les barattes peut être sélectionné entre 10 et 30%, afin que le taux de compression soit constant lors de la rotation du muscle, différentes mesures du muscle en rotation seront réalisées afin d’avoir le volume moyen du muscle pour que le début de descente du piston soit à la bonne hauteur.
L’action mécanique subie par les morceaux de viande est caractérisée au moyen de 2 critères qui sont calculés à partir des courbes force-déplacement, tel que cela a été fait lors de l’étude de la tendreté du tissu musculaire (Lepetit & Culioli,1994) : la force maximale (Fmax) appliquée est nécessaire pour obtenir le taux de compression cible et
l’énergie de déformation (E) correspond à la différence entre le travail utilisé pour déformer le muscle et celui qui est restitué quand ce dernier revient à sa forme initiale. Les paramètres de réglage de cette baratte sont les mêmes qui ont été utilisés lors de la thèse de Sharedeh (2015) :
. Différents taux de compression : - 10% mimant les barattes pilotes - 30% mimant les grandes barattes . Différents durées de traitement :
- 45 min, traitement court et 350 compressions - 5 h, traitement long et 2500 compressions - 15 h, traitement très long et 2500 compressions
A la fin du barattage, chaque muscle est divisé en 2 : Une première partie sera utilisée pour les dosages du sodium par chromathographie ionique et l’étude de la solubilité des protéines, et l’autre partie sera utilisée pour l’étude du rendement de cuisson .
Les échantillons ne pourront pas être analysés immédiatement, ils seront donc conservés à -80°C. Cette température permet de limiter la diffusion du NaCl et l’altération des protéines, notamment leur oxydation par des enzymes encore actives à une température de -20°C.
Force maximale de réaction du muscle à la compression
Energie dissipée par la déformation
Force maximale
Energie calculé par cycle Taux de compression
4. Traitement thermique
Le rendement de cuisson est calculé grâce à la masse de l’échantillon avant cuisson (mi) et après cuisson (mf)
Rc%= (mi / mf) * 100
Le protocole pour le traitement thermique est issu de la thèse de Bombrun (2013).
L’échantillonnage est composé de 3 échantillons non traités (références) et de 12 traités qui sont découpés à des dimensions précises (3 x 2,5 x 1,25 cm), et pesés avant la cuisson puis ensuite placés dans des sachets et mis sous-vide. Tous les prélèvements sont placés 2 par 2 dans des moules en aluminium perforés pour améliorer le transfert thermique et un poids en plomb de 1kg est rajouté pour mimer la pratique industrielle (contrainte appliquée par le moule) (Cf : Figure 4).
Après ces étapes de préparation, les moules sont plongés dans des bains-marie à différents temps et températures :
• 70°C pendant 2h • 4°C pendant 30min
• 4°C dans une étuve pendant 24h
A la fin des traitements de refroidissement, les échantillons sont retirés de leurs sachets de cuisson, pour ensuite être épongés et pesés (calcul du rendement de cuisson). Ils seront conservés à -80°C dans l’attente du dosage de sodium.
Figure 4 : Outils utilisés pour le traitement thermique des échantillons.
5. Méthodes
a) Échantillonnage
Chaque muscle subira le même échantillonnage :
• Les muscles sans traitement (témoin), injectés et/ou barattés, seront dosés en Na+. Pour ceci, 39 échantillons (dont 3 références) seront prélevés suivant un schéma de découpe représentatif préalablement établi (CF : Figure 5).
Echantillon de viande sous vide Leste en plomb de 1 kg Système de contention Moule en aluminium perforé
Figure 5 : Plan d’injection utilisé dans l’étude
• Pour les muscles destinés à la cuisson, un dosage du Na+ par chromatographie ionique suivra également. 12 échantillons (dont 3 références) seront prélevés à des dimensions précises (Cf : IV.4), des muscles qui ont été injectés et/ou barattés. Après les traitements thermiques, ils seront préparés pour le dosage du sodium (Cf : IV.5.c).
b)
Extraction des ions des échantillons
Afin de réaliser le dosage du Na+ par chromatographie ionique (850 Professional IC, METROHM), il est nécessaire d’extraire, avant l’analyse, les ions des échantillons. Pour cela, un échantillonnage de 0,5g de chaque morceau est prélevé, et 10mL d’eau ultra-pure sont rajoutés avant le broyage (PT 2100, KINEMATICA POLYTRON). Pour que la diffusion des ions sodium dans l’eau se fasse correctement, les broyats sont laissés à 4°C pendant 3 heures. Ensuite, 1mL de chaque broyats sera centrifugé pendant 20 minutes à 14000 rpm (Rotation Par Minute) afin d’éliminer les impuretés qui pourrait polluer la colonne contenant la résine échangeuse d’ions. Après, 0,2 mL sont prélevés et dilués au 1/50 dans l’eau ultra-pure. Les échantillons sont alors prêts à être dosés.
c) Dosage du Sodium
La chromatographie ionique est une technique séparative d’ions d’une solution en fonction de leur charge et de leur taille, ce qui permet de déterminer leur concentration dans la solution à analyser. Les ions migrent dans une phase stationnaire par le biais d’une phase mobile (éluant). Pour le dosage des cations (dont le sodium) nous utiliserons une colonne à résine chargée négativement (une colonne à résine chargée positivement permet de doser les anions). En fonction des ions recherchés, divers éluants sont préparés. Pour les cations : acide nitrique (70%-1,7mM) et l’acide dipicolonique (99%-0,7mM).
Figure 4 : Représentation schématique du principe de la chromatographie échangeuse de
cations.
Afin de répondre à cette étude, seuls les ions Na+ seront dosés dans les échantillons. Avant chaque série d’analyses, la chaîne chromatographique doit être calibrée par une solution à 25 ppm de sodium diluée dans l’éluant. L’appareil gère alors la dilution de cette solution afin d’obtenir 5 points de calibration (1 ; 2.5 ; 5 ; 12.5 ; 25). Une fois ces 5 points dosés en tant que « standards », les temps de rétention sont ajustés (ceux-ci peuvent évoluer avec le niveau d’usure de la colonne échangeuse d’ions) et une régression linéaire est effectuée. Le coefficient de régression (au plus proche de 1) garantit une bonne linéarité de la calibration. Lors d’un dosage, les solutions à doser doivent être diluées pour être comprise dans la gamme de la calibration, soit entre 1 et 25 ppm. Dans le cas contraire (échantillons à teneur en sodium inconnue et supérieure à 25 ppm), l’appareil effectue une dilution automatique et réinjecte l’échantillon. Cette méthode est très efficace mais double le temps d’analyse (1h au lieu de 25-30 min). Avant de démarrer une analyse, il faut assurer de bon fonctionnement de la chromatographie par vérification de certains paramètres (phase de stabilisation) :
• la conductivité de base (environ 670 µS/cm) ; • la température de la colonne (30°C environ) ; • la pression dans le circuit (70-80 bars).
A la fin de cette étape, il faut bien identifier les échantillons grâce à une nomenclature préalablement établie, ensuite chacun d’entre eux aura une position précise sur le passeur d’échantillons (Cf : Figure 5).
Figure 5 : Chromatographie échangeuse de cations utilisée dans l’étude
Lors de l’analyse, l’appareil injecte 100 µL de l’échantillon à analyser dans le circuit. Les ions chargés négativement (anions) sont élués avec les autres impuretés présentes. Les cations de la solution fixés sur la colonne entre en compétition avec les protons déjà fixés sur la colonne. L’éluant circule en permanence dans la colonne (à 0.9 mL/min) ce qui conduit les cations à être progressivement décrochés de la colonne selon leur taille et leur charge et remplacés par des protons issus de l’éluant. Au cours de cette étape, tous les ions sont détectés à la sortie de la colonne par le conductimètre.
A la fin de cette analyse, le logiciel MaglC.Net 3.0 va calculer la quantité d’ions en la comparant à la courbe de calibration selon l’air et la hauteur du pic du sodium issu de l’échantillon analysé.
Pour en déduire la teneur en seul, une formule de calcul a été mise au point (Cf : Figure 6). Et, afin de s’assurer de la fiabilité des résultats, une solution de contrôle de concentration connue (10 ppm) est dosée tous les 10 échantillons.
Avec [NaCl] en %, [ion]chromato en ppm, Vech = 0,2 ml (surnageant final contenant les ions), Veau1 = 10 mL
(broyage), Veau2 = 10 mL (ajouté dans le surnageant final), mech en g (masse échantillon pesé), MNaCl = 58,44
g/mol (masse molaire du sel), MNa+ = 22,99 g/mol (masse molaire du sodium), ρviande = 1.06 kg/dm3 (masse
volumique de la viande).
Figure 6 : Calcul utilisé pour déterminer la teneur en NaCl des échantillons de muscle à partir de
la concentration en sodium donnée lors du dosage
d) Solubilité des protéines
J’ai pu réaliser cette technique durant mon stage, mais je n’ai malheureusement pas eu le temps d’effectuer cette étape pour mes essais.
dans les échantillons par rapport aux protéines totales. Le collagène n’est pas pris en compte car il est insoluble dans la soude 10%.
Solutions à préparer :
• Solution de cuivre à 1% ; (donne la coloration bleu du réactif due aux ions cuivre)
• Solution de cholate de sodium à 0.4% ; (évite leur précipitation en milieu basique)
• Solution de soude à 10% ; (qui rend le milieu basique)
• Tampon phosphate à 40mM
• Solution de SAB (Sérum Albumine Bovin) à 10mg.L-1
La teneur en NaCl de ce tampon est ajustée à la valeur mesurée auparavant dans l’échantillon. Puis, 2 fois 500 µL du broyat sont prélevés pour pouvoir mesurer la quantité de protéines totales. Le reste du broyat est agité pendant 30 min à 4°C puis centrifugé à 4°C pendant 15 min à 4 000 rpm. 2 fois 200 µL sont prélevés dans le surnageant pour mesurer la quantité de protéines solubilisées. Les quantités de protéines des quatre extraits sont mesurées par la méthode du Biuret. Pour finir, le taux de solubilité est calculé (Quantité de protéines solubilisées/Quantité de protéines totales). Pour cette analyse, les 39 échantillons ne sont pas analysés pour chaque muscle (le temps de manipulation serait incompatible avec la durée du stage). Pour choisir les échantillons, la sélection s’est faite en déterminant la médiane de la distribution du NaCl dans chacun des muscles, et en choisissant en plus des deux échantillons le précédant et les deux suivant dans l’ordre croissant. Par conséquent, en plus des 3 références, 5 échantillons sont analysés pour déterminer le taux de solubilisation des protéines pour chacun des muscles ; ce qui représente 11 muscles avec 5 échantillons/muscle.
6.
Les conditions de traitement et les analyses effectuées
Au cours du stage plusieurs conditions de traitements ont été réalisées. Les analyses effectuées sur chacun des muscles SM sont reprises dans le tableau ci-dessous (Cf : Figure 7). Afin de répondre à cette problématique, un total de 16 muscles a été utilisé pour suivre les différents traitements et analyses (saumurage, malaxage, cuisson, dosage des protéines).
Dans un premier temps :
• 5 muscles Rectus femoris (RF) ont été seulement injectés pour me former sur l’injecteur ;
• 4 muscles Semimembranosus (SM) ont été saumurés afin de calibrer la pression de l’injecteur pour qu’elle soit constante et corresponde au taux d’injection des industriels.
Figure 7 : Récapitulatif des expériences réalisées avec les conditions de traitement et les analyses effectuées. Analyse effectués Groupe Nomenclatures Diffusion du sel sans action mécanique (h) Malaxage Distribution du NaCl Rendement de cuisson Données mécanique s A SM3 0 Non X SM4 0 Non X B SM5 0 2500 compressions TC=10% X X X SM6 0 2500 compressions TC=10% X X X SM7 0 2500 compressions TC=10% X X X C SM8 15 Non X X SM9 15 Non X X
V. Résultats
1.
Traitement mécanique sur le muscle
Figure 8 : Exemple de malaxage des 2 5000 compressions
Mes expériences ont permis d’obtenir, pour chaque essai, un taux de déformation moyen (TC) proche de la valeur cible de 10%. Néanmoins, du fait que le muscle était mis en rotation dans la cuve de malaxage pour simuler ce qui se passe lors des chutes successives d’un muscle dans une baratte, la hauteur du muscle dans la direction de compression variait d’une compression à une autre. Comme la course du piston assurant la compression était constante, TC variait fortement. La figures (Cf : figure 8) ci-dessus, à titre d’exemple, l’évolution de la force enregistrée par les capteurs de force en fonction de la position du piston, pendant 3 des 2500 cycles de compression d’un des essais de malaxage. La course du piston est toujours égale à 25,8 mm, mais le contact avec le muscle s’opère à des positions du piston de 17,9, 19,5 ou 20,2 mm, ce qui conduit à des TC respectivement égaux à 11,2, 9,2 et 8,2 %. La conséquence est une variation de la force maximale de réaction du muscle (Fmax) et de l’énergie dissipée dans le muscle pendant la déformation (E) ; cette dernière étant égale à l’aire délimitée par la courbe. (je simplifie le raisonnement ici en ne parlant pas de la variation de la surface de contact entre le piston et le muscle car il faut alors expliqué que c’est la contrainte Fmax/S qui est théoriquement proportionnelle au taux de compression…). De ce fait, les écart-types calculés en considérant toutes les compressions d’un essai étaient très élevés, de l’ordre de 50% de la valeur moyenne.
Les valeurs moyennes de Fmax et E lors de mes essais étaient semblables à celles obtenues précédemment par Janello (2015) et Sharedeh (2015) dans des conditions de malaxage équivalentes : 30 N (Newton) pour Fmax et 40 mJ (Millijoule) pour E.
0
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(N
)
Distance parcourue par le piston (mm)
Exemple de malaxage des 2 500 compressions
Début et fin de
2.
Distribution de la teneur en NaCl dans les muscles avec ou sans malaxage
dans diverses conditions
Figure 9 : Récapitulatif des essais effectués
Chaque essai est représenté par des histogrammes. Les différentes teneurs en NaCl sont calculées à partir des 39 échantillons de chaque muscle, qui sont ensuite regroupé par classe afin de facilité la lecture.
Dates Muscles expérimentales Conditions d'injection Taux (%) Teneurs en NaCl moyen des échantillons (g/L) Ecart-type 23/5/15 SM3-1,8 Saumure de 18%, pression 1,6 bar sans malaxage 11,12 1,65 0,69 4/6/15 SM4-1,8 Saumure de 18%, pression 1,6 bar
sans malaxage 13,96 2,98 1,07 15/6/15 SM5-1,8-C10 Saumure de 18%, pression 1,6 bar
avec malaxage 12,93 0,99 0,27 23/6/15 SM6-1,8-C10 Saumure de 18%, pression 1,6 bar
avec malaxage 13,79 1,29 0,51 6/7/15 SM7-1,8-C10 Saumure de 18%, pression 1,6 bar
avec malaxage 6,93 0,78 0,20 9/7/15 SM8-1,8-15h Saumure de 18% pression 1,6 bar avec 15h d'attente sans action mécanique 10,57 1,34 0,43 22/7/15 SM9-1,8-15h Saumure de 18% pression 1,6 bar avec 15h d'attente sans action mécanique 6,69 0,85 0,04
Muscle avec une très mauvaise tenue de tranche, difficile à manipuler
Muscle très collant et mou, difficile pour la manipulation des procédés.
a) Distribution du sel juste après injection
La teneur en Na+ a été mesurée dans chacun des 39 échantillons de ce muscle. On peut observer que la distribution en NaCl est très hétérogène, plusieurs classes de teneurs sont représentés, allant de 0 jusqu’à 5%. La concentration mesurée est très dépendante de l’injection réalisée.
Figure 10 : Essai injecté sans effet mécanique ou effet temps
b) Distribution après malaxage
On peut remarquer que l’effet du barattage à un taux de compressions de 10% et 2 500 compressions pendant 15h permet une meilleure diffusion du sel dans les muscles juste après l’injection. Le nombre de classes est plus faible, et deux sont dominantes. L’effet malaxage couplé du temps permet d’améliorer l’homogénéité. La majorité des échantillons (64%) a une teneur en NaCl comprise entre 1 et 2%. Teneur en sel désirée par les industriels.
Figure 11 : Essai injecté puis malaxé 15h à 2 500 compressions de 10% 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 [0 ; 1[ [1 ; 2[ [2 ; 3[ [3 ; 4[ [4 ; 5[ [5 ; 6[ [6 ; 7[ 28.21% 64.10% 5.13% 2.56% 0.00% 0.00% 0.00% N omb re d 'é ch an til lo ns (%)
Echelle de concentration en NaCl des échantillons du muscle SM6-1,8-C10 (%) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 [0 ; 1[ [1 ; 2[ [2 ; 3[ [3 ; 4[ [4 ; 5[ [5 ; 6[ [6 ; 7[ 7.69% 17.95% 23.08% 41.03% 10.26% 0.00% 0.00% N omb re d 'é ch an til lo ns (%)
Echelle de concentration en NaCl des échantillons du muscle SM4-1,8 (%)
c) Distribution après un temps long sans effet mécanique
On peut remarquer sur cet essai sans action mécanique, une bonne homogénéité. La diffusion du sel est proche de celle obtenue avec malaxage de 10%. Presque 67% des échantillons ont une teneur en NaCl comprise entre 1 et 2%. On peut donc remarquer que le temps à un effet très important pour la diffusion du sel dans les muscles.
Figure 12 : Essai injecté sans malaxage mais 15h d’attente
3.
Traitement thermique
Figure 13 : Traitement thermique de SM8-15h et SM6-C10
On peut remarquer avec ces deux essais de cuisson, qu’il y a moins de perte d’eau pour les échantillons b et d (Cf : figure 13) contrairement aux échantillons de références a et c (Cf : figure 13). La saumure a pour propriétés de limiter les pertes en eau, chose que l’on peut observer avec ces 2 essais sur l’histogramme ci-dessus. On arrive à déterminer, après traitement thermique, pour SM6 un effet mécanique de la baratte et pour SM8, aucun effet mécanique mais un effet temps. L’effet temps, sans action mécanique, et similaire au malaxage de 15h à 2 500 compressions de 10%. On peut donc dire qu’un taux de 10% n’est
Sans injection, ni effet temps ou malaxage
Avec injection, effet temps pour SM8, Malaxage pour SM6 c d b a 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 [0 ; 1[ [1 ; 2[ [2 ; 3[ [3 ; 4[ [4 ; 5[ [5 ; 6[ [6 ; 7[ 25.64% 66.67% 7.69% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% N omb re d 'é ch an til lo ns (%)
Echelle de concentration en NaCl des échantillons du muscle SM8-1,8-15h (%)
VI. Discussion générale et conclusion
Ces différents essais ont été réalisés plusieurs fois chacun. Dans la partie « résultats », seulement quelques-uns sont présentés. Cette étude a été mise en place, pour mesurer l’importance de l’effet mécanique sur la distribution du NaCl dans les muscles par des compressions de 10%.
Les résultats présentés ici montrent qu’après injection, la distribution en NaCl est très hétérogène dans le muscle (muscle représenté par 39 échantillons) et dépend fortement de la position et du nombre d’aiguille. Lorsque le prélèvement se situe près ou sur un point d’injection, la concentration est très élevée, et quand le prélèvement est plus éloigné, seul le taux de sodium naturellement présent dans la viande est mesuré.
Si on compare maintenant les graphiques b et c, la distribution entre les deux est équivalente. Il apparaît donc que le temps a un effet plus important que le barattage/malaxage à 10% sur la distribution du sel. L’objectif de mon stage était de tester des conditions de barattage/malaxage à 10% de compression (traitement doux). L’étudiante Master 2 qui m’a précédé a montré que, pour des conditions de barattage plus intense (30%), l’effet sur la distribution était majoré. Ceci a d’ailleurs également été montré par Sharedeh (2015), mais sur la viande salée par immersion et non par injection. Ces éléments permettront de répondre aux industriels sur l’intérêt d’utiliser des traitements plus intenses en barattes de grandes dimensions, même si des conditions intermédiaires (15 ou 20%) sont encore à tester.Les mesures de rendement de cuisson ont permis de mettre en évidence que les conditions de barattage testées permettaient d’augmenter celui-ci par rapport à des muscles de référence. Ceci montre donc que l’effet mécanique subit par le muscle a probablement des effets au niveau de la structure musculaire. Le rendement de cuisson est un paramètre très important pour les industriels. Une perte en eau signifie une perte d’argent, d’où l’intérêt pour eux qu’il soit le plus élevé possible. Au vu des quantités de viande transformées par an, seulement 1% de rendement en plus représente une valeur très importante.
Un autre élément important concerne la solubilisation des protéines. Il est actuellement supposé qu’un barattage intense permet de solubiliser une quantité plus importante de protéines, donc d’obtenir un limon de meilleure qualité, donc d’avoir un collage muscle à muscle plus efficace. Afin de confirmer ceci, les échantillons issus de mes expériences, et de celles de Janello (2015) seront dosés afin d’en évaluer la solubilité des protéines. Ceci permettra de confirmer ou d’infirmer cette hypothèse.
L’objectif initial de mon stage était double, tester des conditions de barattage à 10% et fixer une teneur en sel moyenne de 1.5%, plus proche de celle obtenue par les industriels. Ces deux conditions sont atteintes. Il reste maintenant à l’équipe Imagerie &Transferts à terminer les mesures de solubilité des protéines et à tester des conditions de barattages intermédiaires afin d’obtenir plus d’éléments à fournir aux industriels.
A titre personnel, ce stage m’a permis d’acquérir une expérience professionnelle, d’améliorer des qualités indispensables pour ce métier comme la rigueur, la polyvalence et l’adaptabilité. Il m’a donné l’occasion d’accroître ma curiosité et d’apprendre de nouvelles choses. La possibilité qui m’a été offerte de travailler dans ce laboratoire était une réelle opportunité de découvrir le monde de la recherche.
VII. Références bibliographiques
• Bombrun, L. (2013). Analyse des transferts de masse et de l’adhésion entre muscles lors de la fabrication de charcuteries cuites à faible teneur en sel – Effet du traitement thermique et modélisation des pertes de poids. Thèse de doctorat, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand.
• Janello B. (2015). Effet des conditions d’injection et de malaxage d’un muscle du jambon sur la distribution du sel, la solubilisation des protéines et le rendement de cuisson. Rapport de Master 2, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand.
• Lepetit, J. & Culioli, J. (1994). Mechanical properties of meat. Meat Science, 36, 203-207.
• Sharedeh D. (2015). Analyse du transfert de matière et des modifications biochimiques et structurales du tissu musculaire lors du marinage, saumure et malaxage des viandes. Thèse de doctorat, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand.
