Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 128-162. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La lyophilisation des produits liquides dans le domaine alimentaire s'étend du jus de fruit aux bactéries lactiques. Le procédé coûte cher à cause de l'utilisation du vide durant un long temps de séchage. Or, une diminution du temps de séchage permet de diminuer le coût du procédé. Le moussage, considéré favorable pour le séchage à air chaud, est ainsi utilisé pour accélérer le procédé de lyophilisation du jus de pomme, pris comme aliment modèle, tout en gardant les qualités sensorielles et nutritionnelles. Cette thèse comprend quatre volets : (i) une caractérisation physique et rhéologique des mousses en déterminant les paramètres de moussage adéquats (choix et concentration des agents moussants, temps de fouettement) pour avoir la stabilité lors de la lyophilisation, (ii) une étude de l'effet du moussage sur la cinétique de lyophilisation (teneur en eau et température tout au long du procédé), (iii) modélisation de la cinétique de lyophilisation par application du réseau de neurones artificiels et optimisation de l'épaisseur d'échantillon pour accroître la capacité de production, et finalement (iv) une étude de la perte de qualité après la lyophilisation et sur la stabilité des produits lyophilisés lors du stockage. Les résultats de cette recherche ont permis d'abord de quantifier les concentrations de méthylcellulose (1%) et blanc d'oeuf (3%) nécessaires pour avoir des mousses stables (minimum de drainage) face à la lyophilisation. Il a été possible de déterminer à partir des études rhéologiques que les mousses les plus stables n'ont pas nécessairement un comportement solide. Un modèle de solidité en fonction de la fraction d'air et de la taille de bulles a été développé à partir des données expérimentales. L'effet du moussage rend la cinétique de lyophilisation plus rapide à la même épaisseur. Cependant, dû à la faible masse volumique des mousses, la capacité de production n'est pas nécessairement plus rapide que dans le cas de lyophilisation traditionnelle. L'application du réseau de neurones artificiels a permis de modéliser avec exactitude la température et la cinétique de séchage durant la lyophilisation des mousses. Une optimisation faite en utilisant ce modèle a montré que l'épaisseur minimale pour augmenter en même temps la cinétique de lyophilisation et la capacité de production, était trop grande pour être réaliste. L'addition d'agent moussant (polysaccharide ou protéine) rend les mousses plus hygroscopiques par rapport au jus de pomme sans moussage mais augmente, par contre, leur température de transition vitreuse. Ainsi les jus de pomme avec moussage sont plus stables thermiquement. Une faible diminution de la qualité sensorielle et nutritionnelle des jus des pommes mousses par rapport aux produits sans moussage a été constatée après le procédé de lyophilisation. Néanmoins, durant l'entreposage à température ambiante, les produits mousses se sont montrés plus stables que ceux sans mousser.

Des complexes insolubles d'IPL/PFM ont été formés à pH 4.0, 3.5, 3.0 et 2.5 par le mélange de solutions d'isolât de protéines de lactosérum (IPL) et de pectine faiblement méthylée (PFM). L'acidification a été réalisée soit avant, ou après le mélange de solutions avec des ratios protéines:polysaccharide (P:Ps) de 2:1, 1:1 et 1:2 (0.4% de polymères totaux). La caractérisation des complexes a démontré, qu'au ratio 2:1, la turbidité et le rendement en complexes étaient optimaux à un pH aux environs de 3.0. De plus, les complexes obtenus par acidification après mélange des solutions avaient une taille plus petite et constante. L'évaluation de Pencapsulation d'ingrédients hydrosolubles par les complexes IPL/PFM en fonction de leur concentration a été effectuée aux pH 4.0, 3.5, 3.0 et 2.5 et au ratio P:Ps de 2:1. Les concentrations utilisées étaient de 0, 0.002, 0.01, 0.05 et 0.1% pour la thiamine et de 0.1, 0.2 et 0.3% pour les anthocyanes. L'encapsulation d'anthocyanes en fonction du ratio P:Ps à pH 3.5 a été aussi évaluée avec l'incorporation de 0.025% p/p d'anthocyanes dans les complexes aux ratios de 2:1 et 1:1. Le contenu en thiamine des complexes ainsi que l'efficacité d'encapsulation (4-7%) étaient optimaux à pH 3.5. Les hautes concentrations en thiamine ont entraîné une diminution du rendement en complexes à pH 3.5 mais aussi une augmentation du contenu en thiamine dans les complexes. L'efficacité d'encapsulation des anthocyanes était plus élevée avec le ratio P:Ps 2:1 comparativement au ratio 1:1. La protection d'ingrédients hydrosolubles par les complexes IPL/PFM a été évaluée dans du jus de pomme (pH 3.5) contenant des anthocyanes encapsulés. Le jus a été pasteurisé à 90°C/12 s et entreposé à 11 000 lux/40°C pendant 14 jours. La chaleur a entraîné la diffusion d'une proportion importante des anthocyanes encapsulés vers l'extérieur des complexes mais la quantité d'anthocyanes résiduelle dans les complexes est demeurée constante tout au long de l'entreposage. L'étude de la stabilité des complexes IPL/PFM, contenant de la thiamine, dans un système digestif modèle a démontré que les complexes ont libéré totalement leur contenu en thiamine dans le compartiment stomacal. Cet effet serait du au pH très acide du compartiment qui aurait dissocié le complexe IPL/PFM. Les résultats de cette recherche démontrent que le complexe IPL/PFM constitue une approche prometteuse pour l'encapsulation d'ingrédients hydrosolubles dans les aliments acides. / Insoluble WPI-LMP complexes have been formed at pH 4.0, 3.5, 3.0, and 2.5 by mixing whey protein isolate (WPI) and low methoxyl pectin (LMP) solutions. The acidification was performed before or after the mixing of the solutions at proteimpolysaccharide (P:Ps) ratios of 2:1, 1:1, and 1:2 (0.4% total polymer). Characterization of the complexes demonstrated that at P:Ps ratio 2:1, the turbidity and the sedimental complex yield were optimal around pH 3.0. In addition, complexes obtained by post-blending acidification had small and constant particle sizes. Evaluation of water soluble ingredients encapsulation by WPI-LMP complexes as a function of ingredients concentration was achieved at pH 4.0, 3.5, 3.0, and 2.5 and at P:Ps ratio 2:1. Ingredients concentrations used were 0, 0.002, 0.01, 0.05 and 0.1% for thiamine and 0.1, 0.2 et 0.3% for anthocyanins. Anthocyanins entrapment as a function of the ratio at pH 3.5 has also been achieved with the incorporation of 0.025% w/w anthocyanins in the complexes at P:Ps ratios of 1:1 and 2:1. Thiamine content of the complexes as well as the entrapment efficiency (4-7%) was optimal at pH 3.5. High concentrations of thiamine induced a decrease of the sedimentable-complexes yield at pH 3.5 but increased thiamine content of the complexes. P:Ps ratio 2:1 provided higher entrapment efficiency of anthocyanins than ratio 1:1. The protecting effect of the WPI-LMP complexes was evaluated in apple juice (pH 3.5) containing encapsulated anthocyanins. The juice was pasteurized at 90°C/12 s and stored at 11 000 lux/40°C for 14 days. Although the heat induced the diffusion of a large portion of anthocyanins out of the complexes, the residual amount of anthocyanins in the complexes remained constant during storage. The study of the stability of WPI-LMP complexes, containing thiamine, in a gastrointestinal System demonstrated that complexes delivered the whole thiamine content in the stomach compartment. This effect was probably due to the very acidic pH of the compartment, which may have dissociated the complexes. The results of this project demonstrated that WPI-LMP complexes represent a promising tool for water soluble ingredients encapsulation in acidic foods.

Les composés phénoliques sont impliqués dans les propriétés organoleptiques majeures des aliments dérivant d’une matrice végétale. Ils sont notamment responsables de l’amertume, de l’astringence et de la couleur des produits cidricoles. Le brunissement observé lors de la transformation des fruits est lié à la formation de pigments jaunes-orangés. Il est initié par l’activité d’une enzyme plastidiale, la polyphénol oxydase, qui catalyse l’oxydation des polyphénols en présence d’oxygène. Cela aboutit à la formation de quinones, espèces chimiques très réactives qui sont rapidement impliquées dans des voies réactionnelles ultérieures. Certains produits néoformés sont colorés. Un profilage des molécules colorées présentes dans quatre jus de pomme monovariétaux aux couleurs contrastées a été réalisé en CLHP-DBD-SM. Il a mis en évidence l’existence de tannins oxydés colorés et de composés jaunes-orangés non tannants. Parmi ces derniers, des produits d’oxydation de la phloridzine, dérivant de la classe des dihydrochalcones, ont été clairement identifiés (POPj, XGPOPj). Des approches couplées en milieu réel et solution modèle ont en outre permis d’identifier une nouvelle structure colorée dérivant d’un couplage oxydatif entre une dihydrochalcone et un flavanol monomère. Enfin, des déhydrotrimères d’épicatéchine ont pu être caractérisés en solution synthétique mais n’ont pas été détectés directement dans les jus. Par ailleurs, la couleur exprimée par les pigments formés peut subir des modulations en fonction de l’environnement physico-chimique. A titre d’exemple, la fermentation cidricole génère classiquement une décoloration des moûts ; or la composition du milieu fermentaire évolue sous l’influence de différents paramètres tels que le pH ou le potentiel redox. L’impact d’un milieu réducteur sur la couleur du POPj et d’une déhydrotriépicatéchine de type A, sélectionnés comme pigments modèles des jus de pomme, a été exploré par voltammétrie cyclique et spectroélectrochimie UV-visible. En outre, les changements de propriétés spectrales du POPj liés à son état de protonation ont été rationalisés par des approches de TD-DFT. / The phenolic compounds are involved in the main organoleptic properties of plant-derived foods. They are especially responsible for the bitterness, the astringency and the color of apple cider products. The browning observed during fruit processing is related to the formation of yellow-orange pigments. By its catalytic activities, the polyphenol oxidase, a plastidial enzyme, initiates the oxidation of polyphenols in the presence of oxygen. It leads to the formation of quinones, very reactive species which are quickly involved in further chemical reactions. Some of the neoformed products are colored. Four apple juices, showing contrasted colors, were analyzed by reversed-phase HPLC-DAD-MS in order to obtain their profiles in colored compounds. The presence of yellow-orange oxidized tanning and non-tanning compounds was highlighted. Within the latter compounds, some phloridzin oxidation products, deriving from dihydrochalcones, were clearly identified (POPj, XGPOPj). In parallel, coupled approaches in real media and model solutions led to the identification of a new colored structure deriving from an oxidative coupling between a dihydrochalcone and a flavanol monomer. Finally, catechin trimers were also characterized in synthetic medium but they were not detected directly in apple juices. Moreover, the color expressed by the yellow-orange pigments can suffer some variations as a function of the physical-chemical environment. For instance, the cider fermentation results generally in a loss of color in apple juices; but the composition of the fermentative medium evolves under the influence of several parameters, such as pH and redox potential. The impact of reducing conditions on the color of POPj and A-type dehydrotriepicatechin, both selected as model pigments of apple juices, was explored by cyclic voltammetry and UV-visible spectroelectrochemistry. Besides, the changes in spectral properties of POPj, related to its protonation state, were rationalized by TD-DFT calculations.