Composés formés au cours de la cuisson d’une matrice fromagère

La base fromagère

   Dans le cas du fromage fondu, la base fromagère est de plus en plus souvent réalisée spécifiquement pour être fondue. Il peut s’agir de Cheddar, Gouda, Emmental, Mozarella ou de tout autre fromage utilisé seul ou en mélange. Pour les fromages frais fondus, la base fromagère utilisée est généralement un caillé fraîchement préparé. Les critères pris en compte pour la sélection de la base fromagère destinée à être fondue sont les suivants :
– la contribution à la flaveur du fromage fondu
– la contribution à la texture du fromage fondu
– les considérations nutritionnelles
– les considérations économiques et de marché
Le degré d’affinage de la base fromagère est l’un des paramètres particulièrement important. Il conditionne à la fois le profil aromatique, la teneur en certains sucres et la texture du fromage fondu obtenu.

La matière grasse du lait de vache

   Les acides gras sont estérifiés en triglycérides, pour 97% d’entre eux, en diglycérides et en monoglycérides. La teneur en acides gras libres dans le lait est inférieure à 0,5%. Seuls les acides gras insaturés sont sensibles à l’oxydation. Les acides linoléiques et linoléniques sont les plus sensibles en raison de leur degré d’insaturation élevé (Jensen, 2002). Les phospholipides contiennent également des acides gras polyinsaturés. De plus, en raison de leurs bonnes propriétés émulsifiantes, ils se retrouvent à l’interface de l’émulsion, en position favorable à l’oxydation.

Les agents émulsifiants

   Les agents émulsifiants ont un rôle technologique majeur pour la fabrication du fromage fondu. Ils sont généralement composés d’un mélange de citrates, orthophosphates, pyrophosphates et polyphosphates (Caric, 2000). Leur rôle est de supplémenter les capacités émulsifiantes des protéines et fonctionne schématiquement de la manière suivante :
– séquestration du calcium lié aux caséines
– amélioration de la solubilité et de la dispersion des protéines
– régulation du pH du milieu
– amélioration de l’hydratation des caséines
Certains de ces constituants, en particulier les polyphosphates, ont de plus l’avantage de posséder des propriétés bactériostatiques

Procédé de fabrication continu

   L’ensemble des opérations unitaires présentées précédemment dans le cadre du procédé de fabrication discontinu est repris et adapté à la production industrielle. Un certain nombre de brevets ont été déposés de manière à garantir chaque étape de la production industrielle, par exemple celui déposé par Eyles et al. (1996). Les principes généraux demeurent très proches de ceux de la production discontinue. Les matières premières sont d’abord préparées et fondues. Des cuves de stockage intermédiaires peuvent s’avérer nécessaires de manière à garantir la continuité de la production. Ces cuves doivent être maintenues à une température supérieure à 80°C afin d’éviter toute reprise en gel du fromage fondu. Le temps de séjour dans ces cuves est variable mais peut aller jusqu’à une à deux heures. Le traitement thermique est effectué, dans le procédé présenté par Eyles et al., à ultra haute température (UHT) par injection directe de vapeur et refroidissement flash. Dans ce cas, la proportion devapeur d’eau incorporée à la matrice fromagère est libérée au cours du refroidissement. Le produit est ensuite soumi à une force de cisaillement permettant d’ajuster sa viscosité (Eyles et al., 1996). Il est enfin conditionné en portions individuelles(Weber, 2000; Weber et Didiot, 2009) et sur-conditionné en boites. Selon les cas, il pourra être refroidi rapidement au stade de la portion en passant sous un tunnel de refroidissement ou sera refroidi plus lentement en chambre froide.

Réactions se produisant au cours de la cuisson

   Le fromage fondu subit au cours des étapes de fabrication et de stockage un certain nombre de modifications d’origine chimique, biochimique ou physico-chimique. Schär et Bosset (2002), proposent huit catégories d’altérations physico-chimiques pouvant se produire au cours de la fabrication et du stockage du fromage fondu. Il s’agit :
– des réactions induites par la lumière
– des réactions du brunissement non enzymatique
– des interactions avec l’emballage
– de l’hydrolyse des polyphosphates pendant le stockage
– des modifications de l’équilibre ionique
– de la formation de cristaux
– de la perte d’eau, conduisant à une variation de l’activité de l’eau
– des réactions induites par des enzymes thermo-résistantes
Certaines de ces réactions conduisent essentiellement à des modifications de la texture du fromage fondu au cours de son stockage alors que d’autres ont une influence significative sur l’évolution de la flaveur au cours de la fabrication et du stockage. D’un point de vue strictement réactionnel, elles correspondent à la dégradation des lipides, à la réaction de Maillard et à la réaction de caramélisation. La perte de vapeur d’eau en plus des modifications de texture peut également influencer les cinétiques réactionnelles. Dans le cas de fabrications du fromage fondu bien maitrisées et permettant l’obtention de portions microbiologiquement stables, les réactions d’origine microbiologiques pouvant conduire à une altération de la composition aromatique du produit au cours de son cycle de vie ne se produisent pas. Nous ne les détaillerons donc pas.

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Table des matières

Introduction
I Synthèse bibliographique 
Introduction de la synthèse bibliographique
1 Élaboration du fromage fondu
1.1 Composition du fromage fondu
1.1.1 La base fromagère
1.1.2 Les poudres de lait
1.1.3 La matière grasse laitière
1.1.4 Les agents émulsifiants
1.2 Procédés de fabrication du fromage fondu
1.2.1 Procédé de fabrication discontinu
1.2.2 Procédé de fabrication continu
1.2.3 Stockage des fromages fondus
2 Réactions se produisant au cours de la cuisson 
2.1 Voies de dégradation des lipides
2.1.1 La voie hydrolytique
2.1.2 La voie oxydative
2.1.3 Facteurs affectant la réaction de l’oxydation des lipides
2.2 La réaction de Maillard
2.2.1 Formation du composé d’Amadori
2.2.2 Propagation de la réaction de Maillard
2.2.3 Spécificités de la dégradation de Strecker
2.2.4 Étape avancée de la réaction de Maillard
2.2.5 Étape finale de la réaction de Maillard
2.2.6 Approche conceptuelle de la réaction de Maillard
2.2.7 Facteurs affectant la réaction de Maillard
2.3 La caramélisation
2.4 Autres réactions
2.4.1 Dégradation des vitamines
2.4.2 Déamidation des caséines
3 Apports de la modélisation
3.1 Démarche de modélisation
3.2 Modélisation stœchio-cinétique multi-réponses
3.3 Modélisation des réactions d’oxydation des lipides
3.4 Modélisation des réactions de caramélisation
3.5 Modélisation des réactions de Maillard
3.6 Limitations de la modélisation stœchio-cinétique multi-réponses
Conclusion de la synthèse bibliographique
II Matériels et Méthodes 
Introduction des Matériels et Méthodes
1 Formulation de la matrice fromagère modèle 
1.1 Sélection des ingrédients
1.2 Protocole
1.2.1 Hydratation des caséines et poudres de lait
1.2.2 Émulsification de la matière grasse
1.3 Résultats obtenus
1.3.1 Composition de la matrice fromagère modèle
1.3.2 Texture de la matrice fromagère modèle
1.3.3 Évolution des globules gras au cours de la cuisson
1.3.4 Simplification de la fraction volatile initiale
2 Développement du système de cuisson
2.1 Présentation des objectifs
2.2 Système de cuisson initial
2.3 Améliorations apportées au système de cuisson
2.3.1 Définition du cahier des charges
2.3.2 Présentation du système de cuisson
2.4 Performances thermiques et étude de sensibilité du système de cuisson aux différents paramètres
2.4.1 Performances thermiques du système
2.4.2 Étude expérimentale de la sensibilité aux différents paramètres
2.4.3 Évaluation par simulation numérique de l’homogénéité et de la répétabilité des traitements thermiques
2.5 Conclusion sur le système de cuisson de laboratoire
3 Analyse des composés volatils 
3.1 Préparation de l’échantillon
3.1.1 Espace de tête statique
3.1.2 Espace de tête dynamique
3.1.3 Comparaison entre espace de tête statique et dynamique
3.2 Séparation des composés volatils
3.2.1 Injection des composés volatils
3.2.2 Séparation
3.2.3 La chromatographie bidimensionelle
3.3 Détection des composés volatils et odorants
3.3.1 Détection physique
3.3.2 Détection physiologique
3.4 Protocoles opératoires
3.4.1 SH-SPME et GCxGC-tof MS
3.4.2 GC-MS/O
3.4.3 Identification des composés volatils et odorants
4 Outil d’aide à l’analyse des chromatogrammes bidimensionnels 
4.1 Objectifs
4.2 Démarche
5 Analyse des composés non volatils
5.1 Évaluation de l’indice de peroxyde
5.1.1 Extraction de la matière grasse
5.1.2 Détermination de l’indice de peroxyde de la matière grasse
5.2 Détermination de la teneur en sucres
5.3 Dosage des acides aminés libres
5.4 Dosage de la furosine
5.4.1 Préparation de l’échantillon
5.4.2 Dosage
5.5 Dosage des acides organiques
5.6 Autres mesures
5.6.1 Mesure du pH
5.6.2 Détermination des extraits secs
5.6.3 Mesures de couleur
6 Modélisation stœchio-cinétique multi-réponses 
6.1 Du schéma réactionnel aux équations différentielles ordinaires
6.2 Outil de résolution numérique
6.3 Paramétrisation
6.3.1 Nombre de paramètres identifiables
6.3.2 Constantes de vitesse
6.3.3 Coefficients de quantification apparents
6.4 Résolution numérique du système d’équations différentielles ordinaires
6.5 Ajustement numérique des paramètres du modèle et estimation des incertitudes
6.5.1 Méthode du maximum de vraisemblance
6.5.2 Estimation des incertitudes
6.6 Représentativité du modèle stœchio-cinétique et validité de l’estimation des paramètres
Conclusion des Matériels et Méthodes
III Résultats et Discussions 
Introduction des résultats et discussions
1 Recherche des marqueurs des traitements thermiques
1.1 Recherche des marqueurs sur des cuissons réalisées en pilote industriel
1.1.1 Démarche expérimentale
1.1.2 Résultats obtenus
1.1.3 Conclusion de l’étude
1.2 Recherche de marqueurs réactionnels sur des cuissons réalisées au laboratoire
1.2.1 Démarche expérimentale
1.2.2 Évolution de la composition au cours du chauffage
1.2.3 Evolution des marqueurs sélectionnés
1.3 Recherche des marqueurs odorants
1.3.1 Démarche expérimentale
1.3.2 Molécules identifiées
2 Des marqueurs des traitements thermiques au schéma réactionnel 
2.1 Marqueurs de la réaction d’oxydation des lipides
2.2 Marqueurs de la réaction de Maillard
2.2.1 Bilan sur les constituants
2.2.2 Écriture d’un schéma réactionnel observable
3 Modélisation stœchio-cinétique 
3.1 Récapitulatif des paramètres
3.2 Optimisation à température constante
3.3 Détermination de la loi de dépendance à la température
3.4 Optimisation à température variable
4 Validation et test du modèle stœchio-cinétique 
Conclusion des Résultats et Discussions
Conclusions et Perspectives
Bibliographie

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