Study by 23Na , 31P and 1H NMR spectroscopies : effects of the content of salt (NaCl) in food matrices

Etude par spectroscopies de RMN 23Na , 31P et 1H : effets de la teneur en sel (NaCl) dans des matrices alimentaires

• Auteur / Autrice : Mallory Gobet
• Direction : Jean-Luc Le Quéré, Céline Moreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Dijon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance magnétique nucléaire

Aliments -- Teneur en sodium

Résumé

La réduction de la teneur en sel (NaCl) des aliments est devenue une préoccupation importante en terme de santé publique. Toutefois, les multiples fonctions du sel dans un aliment rendent difficile la réduction de sa teneur. L’objectif de ce travail était de démontrer l’applicabilité de techniques de RMN pour caractériser la mobilité des ions sodium (différentiation sodium libre/lié), aider à la compréhension du rôle du sel dans l’organisation de la matrice alimentaire (en particulier des molécules phosphorées dans des systèmes laitiers) et étudier son impact sur la mobilité de molécules d’arômes. Dans un premier temps, l’étude par RMN 23Na de gels de iota-carraghénane a permis d’une part de valider la quantification du sodium total (expérience Single-Quantum, SQ) et d’autre part de démontrer l’implication directe des ions Na+ ‘liés’ dans le processus de gélification de ces polyosides (expérience Double-Quantum Filtered, DQF). La diffusion de molécules d’arômes dans ces systèmes a été mesurée par RMN 1H DOSY, mais aucun impact spécifique de la teneur en sel n’a pu être mis en évidence. Dans un deuxième temps, des systèmes laitiers et des fromages de type pâte pressée ont été étudiés par RMN 23Na et par RMN du solide 31P avec la technique de rotation à l’angle magique (MAS). Nous avons montré la faisabilité des méthodes de RMN 23Na pour la quantification du sodium total et la caractérisation des états de mobilité des ions (présence d’ions sodium ‘liés’) dans ces systèmes. Les expériences de RMN MAS 31P (simple impulsion, SPE et polarisation croisée, CP) ont permis d’identifier les différentes molécules phosphorées (phosphate inorganique, phosphate de calcium colloïdal, phosphosérines), de déterminer leur répartition, ainsi que de définir leur implication dans le réseau protéiques de systèmes coagulés. A partir de ces résultats, nous avons ainsi pu identifier les paramètres de composition (ou de fabrication) des fromages réels ayant une influence sur la dynamique des ions sodium et sur la répartition des molécules phosphorées, en particulier le phosphore inorganique dans ces fromages. Ce travail démontre que ces techniques innovantes de RMN 23Na et 31P sont parfaitement applicables à des aliments réels et qu’elles peuvent contribuer à l’orientation du procédé technologique de fabrication de fromages dans l’optique d’en optimiser les propriétés sensorielles et fonctionnelles.

The reduction of salt (NaCl) content in food has become a matter of public health. However, the multiple functions of salt in food make the reduction of its content difficult. The aim of this work was to demonstrate the applicability of NMR innovative techniques in order to characterise the mobility of sodium ions (distinction between ‘free’ and ‘bound’ sodium), to bring a better understanding of the role of salt in the organisation of the food matrix (in particular phosphorous molecules in dairy systems) and to study impact of salt on the mobility of aroma compounds. In a first step, the 23Na NMR study of iota-carrageenan gels validated the quantification of total sodium (Single-Quantum, SQ experiment) and also demonstrated the involvement of ‘bound’ sodium ions in the gelation process of this polysaccharide (Double-Quantum Filtered, DQF experiment). The diffusion of aroma compounds in these systems was measured by 1H DOSY NMR, but no specific impact of salt was evidenced. The second step was dedicated to study dairy systems and semi-hard cheeses by 23Na NMR and solid-state 31P NMR using the magic angle spinning (MAS) technique. We demonstrated the feasibility of 23Na NMR methods for the quantification of total sodium and the characterisation of Na motional state (presence of ‘bound’ ions) in these systems. 31P MAS NMR (simple pulse excitation, SPE and cross-polarisation, CP) enabled the identification of different phosphorous compounds (inorganic phosphate, colloidal calcium phosphate, phosphoserins), the determination of their proportions and also permitted to determine the involvement of these phosphorous compounds in the protein network of coagulated systems. With these results, we achieved to identify the parameters of composition (or processing) influencing the dynamics of sodium ions in real cheeses. We also determined the distribution of phosphorous compounds, in particular inorganic phosphate, in these cheeses. This work demonstrates that these 23Na and 31P NMR innovative techniques are perfectly applicable to real food and can help to adjust the manufacturing process of cheeses in order to optimise their sensory and functional properties.