Modélisation de la libération des composés d'arôme à partir de matrices alimentaires dans des systemes experimentaux et en bouche : détermination des proprietés et mécanismes de transfert de matière

by Samuel Atlan

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Under the supervision of Cristian Trelea.

Soutenue en 2007

in Paris, AgroParisTech .


  • Résumé

    Les composés d’arôme sont des molécules volatiles présentes à de faibles concentrations dans les aliments. Ils sont responsables de la perception olfactive et constituent un critère déterminant de la qualité organoleptique expliquant les préférences des consommateurs. Afin de mieux comprendre la génération des stimuli lors de la consommation de produits, le travail avait pour objectif l’étude de la libération des composés d’arôme dans les matrices alimentaires réelles, en s’appuyant sur la modélisation des transferts de matière. La démarche mise en oeuvre repose sur : i) l’identification de propriétés des composés d’arôme (coefficients de partage et de diffusion), ii) l’analyse des transferts dans des systèmes in vitro jusqu’à des systèmes in vivo : la bouche consommant l’aliment. Les propriétés physicochimiques sont des données nécessaires aux modèles de transfert de matière. La détermination de ces propriétés a constitué la première partie de ce travail. Les propriétés sont de deux types : les propriétés à l’équilibre entre deux phases (le coefficient de partage) et les propriétés dynamiques (coefficient de diffusion et coefficient de transfert de matière). Un traitement innovant des données expérimentales obtenues par la méthode PRV (Phase Ratio Variation) a été proposé sur 12 molécules de composés d’arômes. Ce traitement permet de déterminer le coefficient de partage (variant entre 3·10-5 et 3·10-2) associé à son intervalle de confiance rigoureusement calculé avec l’ensemble des degrés de liberté disponibles. Concernant la détermination du coefficient de diffusion des composés d’arôme dans les matrices alimentaires complexes, une cellule expérimentale a été spécialement développée. Elle a été initialement conçue en s’appuyant sur la simulation des transferts de matière, puis validée sur des matrices simples. Ensuite, des mesures expérimentales sur des matrices complexes ont été réalisées et ont permis de déterminer le coefficient de diffusion et sa variation suivant la composition de la matrice (nature des protéines) et le procédé (traitement mécanique). L’intervalle de confiance associé à la détermination du coefficient de diffusion a été calculé pour l’hexanoate d’éthyle dans des yaourts de compositions variables en matière grasse et en protéines. Sur un système expérimental simple, nous avons également montré par une analyse des mécanismes de transfert et leur modélisation que le coefficient de partage et le coefficient de diffusion des composés d’arôme pouvaient être déterminés simultanément. Le modèle de libération des composés d’arôme exploité pour l’hexanoate d’éthyle dans des gels de carraghénane a mis en évidence le besoin de connaître et maîtriser les étapes du protocole expérimental. Enfin, un modèle de libération des composés d’arôme lors de la consommation in vivo a été développé. Le modèle prend en compte les propriétés physicochimiques de l’aliment propres aux composés d’arôme et à la matrice, mais également les paramètres physiologiques liés aux sujets. Ce modèle a été établi pour des sujets dits « avaleurs parfaits », qui ferment la cloison entre la bouche et le pharynx lors de la mise en bouche du produit et jusqu’à sa déglutition. Il a permis de simuler la libération des composés d’arôme comme l’hexanoate d’éthyle, le butanoate d’éthyle et l’acétate d’éthyle depuis le produit (yaourt) jusqu’à la cavité nasale des sujets, mais également de déterminer quels sont les paramètres limitants de la libération, notamment le débit respiratoire du sujet.

  • Titre traduit

    Modelling the release of aroma compouds from food matrices in experimental systems and in the mouth : determination of properties and transfer mechanisms


  • Résumé

    Aroma compounds are volatile molecules which are present in low concentration in food. They are responsible for olfactory perception, and are determinant for organoleptic quality explaining consumer preference. In order to improve the understanding of stimuli generation during food consumption, this work aimed at studying aroma compounds release by modelling mass transfer in real food matrices. The work consisted in two major steps: i) identification of aroma compounds properties ii) analysis of mass transfer, from in vitro systems to in vivo systems (the mouth during food consumption). Knowledge of physicochemical properties is a prerequisite for mass transfer models. The first part of this work thus consisted in their determination. They are divided in two groups: equilibrium properties between two phases (the partition coefficient) and dynamic properties (the diffusion coefficient and the mass transfer coefficient). A new method for processing the experimental data from the PRV (Phase Ratio Variation) was developed for 12 aroma compounds. The partition coefficient varied from 3·10-5 to 3·10-2, coupled with the confidence interval calculation with all the available degrees of freedom. To determine the diffusion coefficient of aroma compounds in complex food matrices, an experimental cell was designed for this purpose, based on the mass transfer simulation, and validated on model matrices. Experimental measurements were then carried out on complex food matrices, allowing the determination of the diffusion coefficients and their variations based on the matrix composition (type of proteins) and the mechanical treatment. The associated confidence interval of the diffusion coefficient was calculated for ethyl hexanoate in different yogurts with various fat and protein ratio. Using a static headspace device, an analysis of the mass transfer mechanisms and its modelling showed that the partition and the diffusion coefficients could be determined simultaneously. The release model was based on ethyl hexanoate in carrageen gels and showed that it is necessary to control the steps of the experimental protocol. Finally, a model of aroma compound release during in vivo consumption was developed. The model takes into account the physicochemical properties of aroma compounds and the physiological properties related to the subject. The model was established for “perfect swallowers”, who close the velopharynx when the product is set in the mouth until the deglutition process. The model allowed the simulation of the release of some aroma compounds (ethyl hexanoate, acetate and butanoate) from the product (yogurt) up to the nasal cavity, and in addition, it was possible to determine the limiting parameters of this release, namely the breathing flow.

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  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Annexes : Bibliographie 36 réf.

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