L’expression aromatique fruitée des vins rouges a été le sujet de nombreuses études qui démontrent qu’au moins une composante de cette expression est le reflet d’interactions perceptives impliquant des esters. La synthèse de ces esters peut être affectée par la levure réalisant la fermentation alcoolique mais aussi par d’autres paramètres, plus technologiques, comme le niveau de maturité de la vendange. De plus, peu d’études ont été réalisé afin de valider le rôle physiologique tenu par les esters pour la levure.Dans le but de mettre en évidence plus précisément le rôle de ces facteurs dans la synthèse des esters, des souches de levures délétés des majeures estérases ont été construites, et testées en fermentation en milieu œnologique, dans des moûts de merlot et de tempranillo récoltés à deux maturités différentes. Ainsi, la concentration en chaque esters linéaires et substitués a pu être déterminée dans chaque modalité de vinification.L’étude des différents mutants de délétion, a permis, pour la première fois, de valider le rôle des principales estérases dans la synthèse des esters linéaires chez la levure mais aussi, la mise en évidence de deux gènes, non étudiés jusqu’alors en condition œnologique, sur la synthèse des esters substitués. L’analyse de l’expression génétique de la délétion des estérases chez la levure a permis aussi de valider que ces gènes permettent une véritable stabilité physiologique de la levure en conditions stressante.L’impact du degré de maturité de la vendange a été étudié à la fois chez les vins fermentés avec une levure standard commerciale mais aussi fermentés avec une levure délétée des 4 principales estérases. Une maturité avancée, des raisins de merlot seulement, entraine une baisse de 50% de la teneur en esters linéaire avec la levure standard, ce qui n’est plus observé avec la levure mutante. Cette diminution de la concentration en esters linéaire dans ces vins de merlot de maturité avancée, est bien corrélée à une diminution de leur perception fruitée. De plus, des reconstitutions aromatiques faites dans ces matrices, ont permis de valider l’implication totale des esters dans la perception de l’arôme fruité des vins rouges réalisés avec des matrices de maturité normale. En revanche en ce qui concerne les vins de merlot de maturité avancée, il existerait d’autres composés en plus des esters qui pourraient expliquer les différences sensorielles observées dans ces vins.Enfin, une approche de transcriptomique est mise en œuvre pour tâcher d’éclairer les facteurs à l’origine des modifications de production d’esters en fonction du niveau de maturité des raisins de merlot. Il en est sorti que l’effet maturité n’existe pas seul mais est bien combiné avec l’avancée de la fermentation alcoolique. L’effet global de la matrice qui peut expliquer les différences observées entre les vins de merlot. / A lot of studies highlighted the perceptual role of esters in fruity aromatic expression of red wines, demonstrating that at least partially it was due to perceptive interactions. The synthesis of these esters can be affected by the yeast making the alcoholic fermentation but also by other parameters, more technological, such as the level of maturity of the harvest. In addition, few studies have been conducted to validate the physiological role of esters for yeast.In order to more precisely highlight the role of these factors in the synthesis of esters, deleted yeast strains of the major esterases have been constructed, and tested in fermentation in an oenological environment, in merlot and tempranillo musts harvested at two different maturities. Thus, the concentration of each linear and substituted ester could be determined in each vinification modality.The study of the different deletion mutants allowed, for the first time, to validate the role of the main esterases in the synthesis of linear esters in yeast but also the demonstration of two genes, not yet studied in oenological conditions, on the synthesis of substituted esters. The analysis of the genetic expression of the esterase deletion in yeast has also validated that these genes allow a true physiological stability of the yeast under stressful conditions.The impact of the degree of maturity of the harvest has been studied both in wines fermented with a standard commercial yeast but also fermented with a yeast deleted from the 4 main esterases. Advanced maturity, merlot grapes only, results in a 50% drop in linear ester content with standard yeast, which is no longer observed with the mutant yeast. This decrease in the concentration of linear esters in these mature Merlot wines is well correlated with a decrease in their fruity perception.In addition, aromatic reconstitutions made in these matrices made it possible to validate the total involvement of esters in the perception of the fruity aroma of red wines made with matrices of normal maturity. On the other hand, for mature merlot wines, there are other compounds besides esters that could explain the sensory differences observed in these wines.Finally, a transcriptomic approach is implemented to try to shed light on the factors that cause ester production changes as a function of the maturity level of merlot grapes. It has emerged that the maturity effect does not exist alone but is well combined with the progress of alcoholic fermentation. The overall effect of the matrix that can explain the differences observed between merlot wines.

La liqueur Grand Marnier® produite par la Société des Produits Marnier-Lapostolle (SPML), contient un arôme d'orange amère. Cet arôme, appelé parfum, est obtenu à partir de l'huile essentielle (HE) d'écorces d'orange amère qui ont subi un procédé de macération-distillation. Le but de ce travail de thèse a été de cibler les composés d'arôme clés des écorces d'orange amère et de comprendre leur comportement au cours de la production du parfum, afin de trouver des stratégies d'optimisation. Les axes d'étude ont été les suivants : (1) identification des composés volatils odorants de l'HE et du parfum d'orange amère; (2) observation et compréhension des étapes de la production du parfum, des matières premières à la distillation, et étude de leur impact sur la qualité du parfum (3) étude détaillée de la distillation discontinue multi-étagée. Parmi les 51 et 37 composés volatils identifiés de l'HE et du parfum, nous avons détecté par olfactometrie 19 composés odorants dans l'HE et 7 dans le parfum. Avec les résultats de l'HE de l'axe (1), une sélection de composés d'arôme, dits marqueurs, a été faite selon certains critères. Cette procédure a été validée par une étude sensorielle de classification d'HE d'orange amère de différentes origines géographiques. Les observations et résultats de l'axe d'étude (2) ont montré que la distillation est l'étape de la production qui a le plus grand impact sur la qualité du parfum. Durant la distillation, 9 paramètres de conduite, tels que le titre alcoométrique volumique et le taux de reflux, ont été régulièrement enregistrés. En parallèle, les composés marqueurs ont été quantifiés dans des échantillons de distillat prélevés à des moments spécifiques de la distillation des têtes aux queues. La connaissance du comportement des composés marqueurs et de leurs propriétés physico-chimiques permet de mieux comprendre la conduite actuelle de la distillation. Ainsi des changements de paramètres de distillation ont été proposés et des essais pilote ont été mis en place dans l'axe d'étude (3). Dans l'optique de contrôler et d'optimiser la distillation discontinue multi-étagée, d'autres travaux ont été menés en simulation avec le logiciel BatchColumn de ProSim®. Cela nécessite de : 1) déterminer les données d'équilibre liquide-vapeur de certains composés marqueurs ; 2) trouver un modèle thermodynamique représentant les données expérimentales ; 3) intégrer les données expérimentales et le modèle choisi dans le logiciel BatchColumn. La distillation telle qu'elle est menée à la distillerie de la SPML a bien été représentée. De futures études, incluant des changements de paramètres tels que la composition de la charge du bouilleur, des paramètres de conduite et de structure pourront être réalisées, afin d'optimiser le procédé et voir l'impact de ces changements sur la qualité du parfum. / The Grand Marnier® liqueur produced by the Société des Produits Marnier-Lapostolle (SPML), is composed of a bitter orange aroma. This aroma, called parfum, is produced from essential oil (EO) of bitter orange peelings that underwent a maceration-distillation process. The aim of this PhD study was to focus on the key odour compounds of the bitter orange peelings, and understand their behaviours throughout the process, in order to find optimisation strategies. The following strategies were applied: (1) identification of odour volatiles compounds in bitter orange EO and parfum; (2) observation and understanding of the steps of the parfum production, from raw material to distillation, and study of their impacts on the quality of the parfum; (3) deep study of the multi-stage batch distillation. Among the 51 and 37 volatile compounds identified, we detected by olfactometry 19 odour compounds in EO and 7 in parfum. From the EO results of the strategy (1), a selection of odour compounds, called markers, was thus carried out applying specific filters. This procedure was validated by a classification sensorial study of bitter orange EO from different geographical origins. Observations and results of strategy (2) demonstrated that distillation has the biggest impact on the quality of the parfum. During distillation, 9 key process parameters, such as the alcoholic strength by volume and reflux rate, were continuously recorded. In parallel, markers compounds were quantified in distillate samples collected at specific control points from head to tail cuts. The behaviour of the key markers together the knowledge of their physical-chemical characteristics made it possible to better understand the current lead of the distillation. Thereby changes of distillation parameters were proposed and pilote trials were carried out in the strategy (3). In view to control and optimise the multi-stage batch distillation process, other works were focused on simulation with the BatchColumn software from ProSim®. This requires to: 1) determine the vapour-liquid equilibrium data of certain markers compounds; 2) build a thermodynamic model simulating real experimental data; 3) integrate the experimental data and the model selected in BatchColumn. With this approach, we easily represented the distillation as it was realised in the industry. Futures studies, including changes of parameters such as still composition, distillation and structure parameters, could be carried out to optimise the process and see the impact on these changes of the quality of the parfum.

La plupart des composés volatils connus et impliqués dans les mécanismes de l’expression fruitée des vins rouges sont présents à des teneurs inférieures ou proches de leurs seuils de perception individuels. Compte tenu de phénomènes d’interactions perceptives entre eux, il est très complexe de déterminer leur impact réel sur l’arôme du vin. Au vu des difficultés rencontrées pour reconstituer fidèlement l’arôme des vins à partir uniquement de composés purs, nous avons développé une méthodologie permettant d’aborder cette reconstitution aromatique à partir de fractions issues du vin lui-même, afin de pouvoir évaluer l’importance relative de ces différentes fractions aromatiques vis-à-vis de l’arôme global du vin. Grâce à l’analyse sensorielle, et en s’attachant à quelques descripteurs particuliers, nous avons pu mettre en évidence, quelques interactions perceptives particulières comme des effets de contributions marquées ou de masquage. La caractérisation des composés présents dans les fractions concernées et à l’origine de ces effets notables a été mise en œuvre. Nos résultats soulignent le rôle indirect du 2-hydroxy-4-méthylpentanoate d’éthyle, un ester éthylique élué dans la fraction à l’origine d’une contribution marquée aux notes de fruits noirs frais qui, en provoquant la diminution du "seuil de perception" du pool fruité des vins rouges et l’augmentation de l’intensité de leurs notes de fruits noirs et de fruits frais, agit comme un exhausteur naturel de ces notes fruitées. Nous sommes aussi parvenus à mettre en évidence, le rôle direct du diacétyle, mais aussi le rôle indirect de l’acétoïne, de l’acide acétique et de la γ-butyrolactone, malgré leurs concentrations infraliminaires, sur la diminution de l’intensité globale et l’intensité du caractère de fruits frais. Ces résultats soulignent leur fort caractère, seuls ou en mélanges, de "réducteurs" de l’intensité de ces notes, et ce, même à des concentrations infraliminaires. Enfin, le comportement particulier, au sein d’un mélange fruité, du 3-hydroxybutanoate d’éthyle, de l’acétate de 2-méthylpropyle, du propanoate d’éthyle et de l’acétate de butyle, présents à des concentrations infraliminaires a été mis en évidence. La présence en mélange des deux premiers provoque la baisse notable du "seuil de perception" du pool fruité et celle des trois derniers augmente l’intensité des notes de fruits frais et fruits noirs traduisant l’effet exhausteur d’arômes dû à ces composés, effet comparable de celui du 2-hydroxy-4-méthylpentanoate d’éthyle qui présente quelques analogies structurales avec ces composés. / Most of volatiles involved in red wines’ fruity expression are present at levels below or close to their individual perception thresholds. Given the existence of perceptive interactions between them, it is very difficult to determine their real impact on wine aroma. Rather than assessing the olfactive behavior of mixtures prepared from pure products, the main goal of this work was to highlight and study the impact of perceptive interactions on wine fruity aroma expression using various aromatic reconstitutions prepared from wine fractions. Sensory profile analyses identified significant differences among aromatic reconstitutions for the intensity of some descriptors, as particular "additive" or "masking" effects. The composition of the involved fractions was then studied by instrumental methods. The final target was to investigate the impact of fraction components on fruity aroma by preparing aromatic reconstitutions and using sensory reconstitution tests, to assess the role of these compounds on the perceptive interactions previously observed. Further analysis revealed that ethyl 2-hydroxy-4-methylpentanoate, eluted in fraction which had an "additive" effect on the black-berry and fresh fruity aroma, does not play a direct role as a key compound in red wine aroma. In contrast, our findings highlighted its indirect contribution to wine aroma, showing that this ester contributed to a synergistic effect, enhancing the perception of fruity character. Finally, it was clearly demonstrated that this compound acts as a natural enhancer for black-berry and fresh fruit notes in red wine. It was also established that diacetyl, acetoin, acetic acid and γ-butyrolactone together played the same hypo-additive role as fractions of which they were eluted, presenting a "masking" effect on fresh fruity aroma. The impact of the last three compounds was demonstrated conclusively, even at subthreshold concentrations. These findings highlighted the existence of new remarkable perceptual interactions impacting overall and fresh-fruit aroma perception. The particular behavior, in a fruity mixture, of ethyl-propanoate, ethyl-3-hydroxybutanoate, butyl acetate and 2-methylpropyl acetate, present at subthreshold concentrations, was demonstrated. The presence of ethyl-3-hydroxybutanoate and 2-methylpropyl acetate in mixture led to a significant decrease of the olfactory threshold of fruity pool confirming their synergistic effect in the overall increase intensity. These compounds with close chemical structures, participate, both quantitatively and qualitatively, in the modulation of red wines’ fruity aromas acting as natural enhancers of black-berry and fresh-fruit aromas.

La compréhension et la modélisation des phénomènes régissant la libération des stimuli orosensoriels durant la consommation d'un aliment doit permettre de respecter des critères de conception à la fois nutritionnels et organoleptiques. Un modèle de libération du sel au cours de la mastication a été développé pour des produits " solides ". La déstructuration du produit a été appréhendée en terme de génération de surface de contact entre le produit et la salive qui gouverne les transferts de sel. La surface de contact a été considérée comme étant le produit de deux fonctions. La première est reliée au sujet et est fonction de son efficacité masticatoire. La seconde est reliée au produit et dépend de ses propriétés de déstructuration qui peuvent être déterminées par des tests in vitro. Durant la phase pharyngée, la biomécanique de la déglutition gouverne l'enduction des muqueuses par le bol alimentaire et ainsi la libération des composés d'arôme présents dans cette couche. Ces phénomènes sont régis par un écoulement en film mince, stationnaire, dans un contact élastohydrodynamique mou dont la cinématique équivaut à un processus d'enduction par des cylindres contrarotatifs lubrifiés par de la salive. Deux régimes ont été distingués. Lorsque le film de salive est fin, la viscosité du bol alimentaire a un grand rôle sur l'enduction et la libération des composés d'arôme. Lorsque le film de salive est épais, le bol est dilué par la salive durant le processus de déglutition et sa viscosité a un faible effet sur l'enduction et la libération des composés d'arôme. Ce second régime permet d'expliquer l'origine physique d'observations in vivo concernant la libération des composés d'arôme.

L'effet des traitements hydrothermiques et l’effet des arômes sur la structure de l'amidon et de ses propriétés physiques ont été étudiés. L’amidon de blé natif a été traité à 2 hydratations différentes (rapports eau-amidon: 50/50 et 80/20 g/g) et à 2 températures (65 et 85 °C) en présence d’ arômes (hexanoate d'éthyle et de 2-hexanone). Les échantillons fraîchement préparés ont été soumis à l’analyse calorimétrique (AED) et au dosage d’ arôme. Aucun complexe d'inclusion entre amidon et arôme n’a pu être détecté par AED cependant le résultat de l'analyse aromatique a prouvé qu'il y avait des interactions arôme-amidon. Les deux composés d’arôme (hexanoate d'éthyle et 2-hexanone) ont interagi avec l'amidon à des teneurs comparables. Les pertes d’arômes ont été trouvées les plus élevées dans les échantillons traités aux plus hautes hydratation et température . La perte d’arôme était principalement liée à l’évaporation lors des traitements hydrothermiques. Après les traitements hydrothermiques, les échantillons ont été lyophilisés ont montré une stabilité d’arôme à la lyophilisation. Les échantillons lyophilisés ont été soumis à diverses études: DSC (Tg), RVA, la taille des granules, XRD, WAXS, SAXS étude et de stockage. Les traitements hydrothermiques ont conduit à des échantillons avec des propriétés différentes. A haute hydratation, la température influence la taille des granules et des propriétés rhéologiques à la cuisson (pasting). Les échantillons chauffés à 65 °C présentaient des tailles de granules significativement plus importantes, une viscosité maximale (en RVA) inférieure à celles des échantillons chauffés à 85 °C mais de significative différence en % de cristallinité. A faible hydratation, la température de chauffage n’avait pas d’influencer significative sur la taille des granules, mais un effet significatif sur les propriétés rhéologiques à la cuisson, le degré de cristallinité et le profil SAXS. Les échantillons chauffés à 65°C avaient une viscosité maximale supérieure , un degré de cristallinité plus élevé et des pics SAXS plus importants qu’après un chauffage à 85 °C. La teneur résiduelle en arôme n'a eu aucune influence significative sur la structure, mais semble affecter les propriétés rhéologiques à la cuisson. En ce qui concerne l'étude à la conservations, les échantillons ont été stockés à 58 et 75% d'humidité relative et étudiés par analyse SPME, par extraction d’arôme et par AED pour un suivide relaxation d’enthalpie après de 2, 4 et 14 semaines de stockage. Les échantillons avaient une plus grande libération de l'arôme à 75% HR et l’hexanoate d’éthyle montré une plus grande libération de 2-hexanone. Les échantillons ont montré une augmentation de relaxation d'enthalpie de lors d'un stockage. / The effect of hydrothermal treatments and flavours addition on starch structure and its physical properties were studied. Native wheat starch was treated at 2 different hydrations (water-starch ratios: 50/50 and 80/20 g w/w) and temperatures (65 and 85 °C) in the presence of flavours (ethyl hexanoate and 2-hexanone). The freshly prepared samples were subjected to DSC and flavour analysis. Flavour inclusion complex could not be detected by DSC, however the result of flavour analysis proved that there were flavours interactions with starch. Both ethyl hexanoate and 2-hexanone interacted with starch at similar rates. The highest flavour loss was found in the samples at high hydration and heated at 85 °C. The loss of flavour was mainly due to vaporisation during hydrothermal treatments. After hydrothermal treatments, the samples subjected to freeze-drying and they showed flavour stability upon freeze-drying. The freeze-dried samples were subjected to various studies: DSC (Tg), RVA, granule size, XRD, WAXS, SAXS and storage study. The hydrothermal treatments resulted in samples with different properties. At high hydration, temperature influenced granule size and pasting properties. The samples heated at 65 °C had significantly greater granule diameter, lower peak viscosity than samples heated at 85 °C and no significantly difference in % crystallinity. At low hydration, heating temperature had no significantly influence on granule diameter but significantly affected pasting properties, % crystallinity and SAXS profile. The samples heated at 65 °C had a greater peak viscosity, % crystallinity and greater peak on SAXS than after a treatment at 85 °C. The residual flavour contenthad no significant influence on structure but affected pasting properties. Regarding storage study, the samples were stored at 58 and 75 % RH and withdrawn for SPME, flavour residual extraction and DSC (enthalpy of relaxation) at 2, 4 and 14 weeks of storage. The samples had greater flavour release at 75% RH and ethyl hexanoate showed greater release than 2-hexanone. The samples showed increasing of enthalpy relaxation upon storage.

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel

L’expression aromatique fruitée des vins rouges a été le sujet de nombreuses études qui démontrent qu’au moins une composante de cette expression est le reflet d’interactions perceptives impliquant des esters. La plupart des travaux concernant les interactions perceptives jusqu’à ce jour se sont avérés descriptifs, très peu ayant cherché à déterminer leurs origines. Dans ce but, un outil analytique a été développé afin d’apprécier les changements de volatilité d’esters représentatifs de l’arôme fruité des vins rouges. Ainsi, les coefficients de partage de 9 esters ont pu être déterminés aussi bien dans une solution hydroalcoolique que dans un vin rouge désaromatisé. L’application de cet outil analytique aux interactions perceptives préalablement mises en évidence a permis d'observer des changements de volatilité des esters lors de leur mise en mélange avec d'autres composés volatils en solution. Ces changements de volatilité, synonymes de potentiels effets pré-sensoriels, vont dans le même sens que ceux observés lors de l’analyse sensorielle. L’utilisation d’un verre de dégustation possédant deux compartiments a permis de mettre en lumière le fait que certaines modifications sensorielles pouvaient être expliquées, pour partie au moins, par des effets pré-sensoriels. L'impact olfactif de 5 alcools supérieurs ainsi que de 15 composés issus du bois de chêne a pu être démontré grâce à de nombreuses reconstitutions aromatiques, et leur rôle de masquage de l’arôme fruité des vins rouges a pu être souligné. Le calcul des coefficients de partage des esters a permis de montrer que des changements de volatilité ont lieu au sein de la solution. Ces modifications peuvent être corrélées aux résultats obtenus lors de l’analyse sensorielle. Ainsi, il est possible d’expliquer, en partie, les effets de masquage de l’arôme fruité observés grâce aux seuils de détection et aux profils sensoriels, du fait de la diminution de la présence d’esters dans l’espace de tête venant stimuler le dégustateur. Globalement, nos travaux ont permis de mettre en évidence que la mise en mélange en solution de composés volatils pouvait se traduire par la modification de la volatilité des constituants du mélange et que certaines de ces interactions pré-sensorielles pouvaient conditionner l'expression aromatique fruitée due aux esters. / A lot of studies highlighted the perceptual role of esters in fruity aromatic expression of red wines, demonstrating that at least partially it was due to perceptive interactions. Indeed, a lot of synergistic and masking effects have been brought to light in the past. However, the origin of these interactions remains unknown, although some authors suggested several levels where they can take place. In this goal, an analytical tool was developed to study the possible occurrence of esters volatility modifications. The application of this tool allowed determining partition coefficients of 9 esters in dilute alcohol solution and in dearomatized red wine. Thanks to perceptive interactions previously demonstrated by various authors, the application of this analytical tool highlighted modifications of esters volatility when compounds were mixed together in the solution. These modifications support the observations made with sensory analysis, indicating the existence of pre-sensorial effects. The use of a new tool consisting in a tasting glass with 2 compartments, reveals that these volatility changes may led to true sensorial modifications. Masking effect of fruity aroma due to 5 higher alcohols but also 15 wood by-products was highlighted using various aromatic reconstitutions. Esters partition coefficients calculation showed volatility modifications from the matrix to the gas phase. These data may be correlated with sensorial analysis results. Thus, it is possible to explain, at least partially, fruity aroma masking effect highlighted through detection threshold and sensory profile thanks to decrease in esters presence in headspace, and so a decline of taster’s olfactory stimulation. To conclude, our work showed that the mixture of volatile compounds in solution may result in modification of molecules volatility, and furthermore highlighted that these pre-sensorial interactions may impact fruity aromatic expression related to esters