Le coproduit de fabrication de jambon sec est issu de l'opération de désossage de la cuisse de porc parée, salée, séchée et affinée. Il est constitué à plus de 85 % d'os et de tissus associés (cartilages, ligaments, tendons). Le concassage au broyeur à marteau permet d'homogénéiser le coproduit en morceaux de taille inférieure à 8 cm (> 90 % compris entre 40 et 80 mm). La composition chimique de la matière sèche du mélange (77 ± 3 % de MS) est de 33 ± 5 % en protéines (89 % de collagène, 14 % de protéines hydrosolubles, 6 % d'acide aminés libres), 31 ± 3 % en lipides (triglycérides : 70 % ; diglycérides : 3,5 % ; acides gras libres : 11 % ; saturé/insaturé : 0,87 ; 24 % C16 :0 ; 13 % C18 :0 ; 2 % C16 :1 ; 38 % C18 :1 ; 4 % C18 :2) et 26 ± 4 % de matière minérale (phosphate de calcium 88 % ; NaCl 9 %). L'extraction aqueuse des lipides et des protéines du coproduit est étudiée en contacteur agité. Le raffinat solide est séparé par filtration à chaud sous forme de granulat et la matière grasse entraînée est séparée par décantation à froid. L'étude de l'influence des principaux facteurs de l'extraction liquide/solide (temps de contact : 30 à 90 min, température : 40 à 90°C ; ratio eau/coproduit : 4 à 10) grâce à la réalisation d'un plan d'expérience met en évidence les effets de la solubilisation et la coagulation des protéines sur l'entraînement des lipides et leur décantation sous forme de matière grasse. Mis en oeuvre à l'échelle pilote (64 kg de coproduit de jambon sec concassé, 207 kg d'eau, 30 min à 90°C en contacteur agité), le procédé de fractionnement aqueux conduit par filtration centrifuge et séchage à un granulat stable (rendement : 59 % ; matière minérale : 41 % ; protéines : 43 % ; lipides : 16 %), source de phosphate de calcium (95 % de la matière minérale) et de gélatine ou de colle d'os (88 % de protéines de nature collagénique). La fraction matière grasse décantée (rendement : 24 % ; lipides : 93 % ; triglycérides : 75 % ; diglycérides : 4 % ; acides gras libres : 7 % ; saturé/insaturé : 0,82 % ; 37 % C16 :0 ; 15 % C18 :0 ; 2 % C16 :1 ; 44 % C18 :1 ; 8 % C18 :2) présente les mêmes caractéristiques physicochimiques que le saindoux, avec une odeur proche de celle du jambon sec (19 COV aromatiques identifiés présents dans les arômes majoritaires de jambon). La fraction protéines solubilisées, obtenue sous forme de lyophilisat après concentration de la phase aqueuse (rendement : 8 % ; protéines : 52 % dont 29 % d'acides aminés libres ; matière minérale : 29 % dont 90 % NaCl, lipides : 3 %), contient aussi des glucosaminoglycanes sulfatés (GAGs : 3,4 %). Ces caractéristiques de composition, associées à ses propriétés épaississantes et gélifiantes, adhésives et stabilisantes d'émulsion, font de cette fraction minoritaire du procédé de fractionnement aqueux du coproduit de jambon sec, un extrait aux multiples applications à forte valeur ajoutée (source de peptones pour la culture de champignons et de levures, adhésif et liant naturel, ingrédient de formulation alimentaire nutracétique et cosmétique). / The ham production by-product comes from the deboning of dressed, salted, dried and refined pork leg. It consists of more than 85% of bone and associated tissues (cartilage, ligaments, tendons). Hammer mill crushing allows homogenizing the by-product into pieces smaller than 8 cm (> 90% between 40 and 80 mm).Dry matter chemical composition of the blend; (77 ± 3% DM) is 33 ± 5% protein (89% collagen, 14% of watersoluble proteins, 6% free amino acid), 31 ± 3% lipids (triglycerides: 70% diglycerides: 3.5%; free fatty acids: 11%; saturated / unsaturated: 0.87; 24% C16: 0; 13% C18: 0; 2% C16: 1; 38% C18: 1; 4% C18: 2) and 26 ± 4% mineral matter (calcium phosphate 88%, 9% NaCl). Lipids and proteins aqueous extraction of the by-product is studied in an agitated contactor reactor. The solid raffinate was separated by hot filtration to an aggregate and the fat is separated by cold decantation.The study of the influence of main factors of the liquid / solid extraction (contact time: 30 to 90 min, temperature: 40 to 90 °C; ratio water / by-product: 4 to 10) through the implementation of an experimental design, highlights the effects of proteins dissolution and coagulation on lipid output and decantation as fat matter.By pilot scale implementation (64 kg of crushed by-product of dry-cured ham, 207 kg of water, 30 min at 90 ° C in agitated contactor), the aqueous fractionation process leads, by centrifugal filtration and drying, to a stable aggregate (yield: 59%; mineral matter: 41%; protein 43%; lipids: 16%), source of calcium phosphate (95% of the mineral) and gelatin or bone glue (88% collagenous protein).The decanted fat fraction (yield: 24%; lipids: 93%; triglycerides: 75%; diglycerides: 4% free fatty acids: 7%; saturated / unsaturated: 0.82%; 37% C16: 0; 15% C18: 0; 2% C16: 1; 44% C18: 1; 8% C18: 2) has the same physicochemical characteristics as lard, with an odor similar to that of dry-cured ham (19 identified aromatic VOC part of ham main flavors). The solubilized protein fraction, obtained as a lyophilized extract after concentration of the aqueous phase (yield: 8%; protein: 52% with 29% of free amino acids; mineral matter: 29%, with 90% NaCl, lipids: 3%), also contains sulfated glycosaminoglycans (GAGs: 3.4%). These composition characteristics, associated with its thickening and gelling properties, adhesive and stabilizing for emulsion, transforms this minor fraction of the aqueous fractionation process of the dry-cured ham byproduct, in an high added value multiple applications extract (source of peptones for culture for fungi and yeasts, a natural and binding adhesive, ingredient for food nutraceutic and cosmetic formulation).

Du fait de problèmes de santé publique, l’industrie agroalimentaire doit réduire la quantité de sel (chlorure de sodium) dans les aliments, et donc dans les charcuteries. Lors de la fabrication des jambons secs, une diminution du taux de sel pourrait se traduire par des problèmes de texture dus à une protéolyse excessive pouvant nuire à l’étape de tranchage industriel, et aussi par des problèmes de stabilité microbiologique. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont : (1) d’étudier le lien entre l’évolution de la protéolyse, de la texture et de la structure, tout au long des différentes étapes de fabrication de jambons secs et (2) de développer un modèle de « jambon numérique » afin de prédire spatialement les dynamiques d’évolution des teneurs en eau, en sel et celle de l’activité de l’eau (a w ), et de coupler ces évolutions à celle de la protéolyse. Ce travail combine études expérimentales et modélisation/simulation numérique. Tout d’abord, une méthode de quantification de la protéolyse utilisant la « Fluorescamine » a été développée et validée sur des échantillons de viande de porc et des échantillons extraits de jambons industriels ; un nouvel indice de protéolyse (IP) a été défini. Sur la base d’un plan d’expériences, l’évolution de la protéolyse au sein d’échantillons différemment salés et séchés et préparés à partir de 5 muscles différents d’un jambon de porc, a été quantifiée. Suite à l’application d’une régression linéaire multiple, des lois phénoménologiques ont été construites permettant de calculer la vitesse de protéolyse, pour un muscle donné, en fonction de la température et des teneurs en eau et en sel. Ensuite, au moyen du logiciel Comsol ® Multiphysics, ces lois ont été combinées avec des modèles de transferts de matière (eau, sel), de chaleur (température), et de calcul de l’a w , constituant ainsi un modèle de « jambon numérique ». Enfin, la dynamique d’évolution de l’IP, de 5 paramètres texturaux (dureté, fragilité, cohésion, élasticité et adhésion) et de 4 paramètres structuraux (nombre des fibres, espaces extracellulaires, taille des fibres et surface de tissu conjonctif) a été mesurée sur des échantillons prélevés dans deux muscles extraits de jambons industriels pris à cinq stades de fabrication différents. L’application d’une régression polynômiale multiple à ces données expérimentales a conduit à l’établissement de corrélations permettent de calculer certains paramètres texturaux et structuraux à partir de l’IP et des teneurs en eau et en sel. A court terme, ces lois seront incorporées dans le modèle numérique afin de constituer un vrai simulateur de procédé. A moyen terme, le modèle de « jambon numérique » devra être amélioré afin de tenir compte (1) de la diminution du volume du jambon, du fait du séchage et (2) de la diminution de la vitesse de protéolyse en fonction du temps, du fait de la réduction de la quantité de protéines hydrolysables dans le jambon. Une fois complété et amélioré, le simulateur de procédé pourra aider les professionnels à tester des scénarios visant à réduire la quantité de sodium dans les jambons secs, sans altérer leur qualité finale. / Because of public health problems, the food industry must lower sodium content in all food products, therefore in cured meat products. During the dry-cured ham elaboration process, decreasing salt content may induce microbial safety problems and texture defects due to an excessive proteolysis that could affect later the industrial stage of slicing. On account of that, this work of thesis aims at (1) studying the relationship between proteolysis, structure and texture during the various stages of dry-cured ham manufacture, and (2) building a “numerical ham” model to predict spatially the time course of water and salt content, and thus water activity (a w ), and to couple these variations with proteolysis. This work combines experimental studies and numerical modelling and simulation. Firstly, a new and powerful technique for quantifying proteolysis that uses “Fluorescamine” was developed and validated on pork meat samples and samples extracted from industrial dry-cured hams; a new proteolysis index (PI) was defined. Based on an experimental design, the time course of proteolysis was quantified in laboratory-salted and dried pork meat samples prepared from five different types of pork muscle. Applying multiple linear regression enabled us to build phenomenological models relating, for each pork muscle, PI velocity to temperature, and to water and salt content. Using Comsol ® Multiphysics software, these phenomenological models were then combined with heat and mass transfer models and associated with calculation of a w , thus constituting the “numerical ham” model. In addition, the time course of PI, five textural parameters (hardness, fragility, cohesiveness, springiness and adhesiveness), and four structural parameters (fiber number, extracellular spaces, cross section area, and connective tissue area) was quantified on samples extracted from two different muscles of industrial dry-cured hams removed from the process at five different processing times. Multiple polynomial regression was applied to build phenomenological models relating PI, salt and water content to some textural and structural parameters investigated. These last models could be rapidly incorporated in the “numerical ham” model to constitute a real process simulator. In the future, the “numerical ham” model should be improved in order to take into account (1) the strong decrease in ham volume due to drying and also (2) the decrease in proteolysis velocity with time as a result of the reduction in the amount of protein that can be hydrolysed in the ham. Once completed and improved, the process simulator will be available to professionals to test scenarios allowing sodium content to be reduced in dry-cured hams without altering their final quality.

Pour répondre à un enjeu de santé publique, les entreprises de charcuterie ont fortement réduit la teneur en sel dans leurs produits cuits. Cette thèse avait pour objectif d’apporter des éléments scientifiques qui permettent de répondre à la question suivante : jusqu’où est-il possible de diminuer la teneur en sel sans affecter la qualité du jambon cuit supérieur fabriqué sans polyphosphate ? Le travail s’est intéressé au traitement thermique et à deux phénomènes clés pour la qualité du jambon cuit : l’adhésion entre les muscles, qui permet d’assurer ensuite la tenue de tranche, et le transfert de masse qui définit le rendement à la cuisson de l’opération. L’adhésion de deux pièces de viande est liée à la formation d’un limon qui gélifie lors du traitement thermique. Notre étude confirme que la présence d’une faible teneur en sel améliore significativement l’adhésion. Par contre, dès que la concentration en sel dans la viande dépasse 0,8%, l’adhésion ne varie plus dans les conditions de malaxage imposées. Les résultats ont été interprétés par le fait que l’augmentation de la teneur en sel n’était pas suffisante pour modifier l’état de liaison entre le gel et la surface de la viande, là où se situerait la rupture. L’étude sur les transferts de masse confirme que la présence de sel entraîne une diminution des pertes de poids à la cuisson. Mais, dès que du sel est ajouté, l’effet de sa concentration sur la perte de poids est négligeable. Ainsi, dans nos conditions expérimentales, il serait possible de réduire la teneur en sel dans le jambon cuit jusqu’à 0,8% sans affecter le rendement de l’opération et l’adhésion. Un modèle a été développé afin de prédire, d’une part, les pertes de poids à la cuisson de produits faiblement salés et, d’autre part, leur sécurité microbiologique à l’issue du traitement thermique. Le modèle a permis de prédire l’effet des différents scenarii de fabrication sur le rendement et la valeur pasteurisatrice. Il pourra être utilisé pour optimiser la fabrication de produits de charcuterie cuite à faible teneur en sel. / Faced to public health issues, the charcuterie industries have begun to decrease salt content of the cooked products. This phD-work aimed at bringing scientific responses to know how far the salt content can be reduced in the cooked ham made without polyphosphate. The work was focused on the thermal treatment and on two key phenomena for the cooked ham quality: adhesion between muscles, which ensures ham sliceability and mass transfer, which determines the cooking yield. Adhesion between meat pieces is related to the tumbling exudate, which forms gel during the thermal treatment. Our study confirms that a low added salt content significantly increases adhesion, comparing to no added salt. However, as soon as the salt concentration in meat is greater than 0.8%, no impact on adhesion is observed under our tumbling conditions. The results have been interpreted by the fact that the increase of salt content is not sufficient to reinforce the bindings between the gel and the meat surface, where the rupture certainly takes place. The study of mass transfer confirms that adding salt leads to a decrease in the cooking loss. But, as soon as salt is added, the effect of its concentration is negligible. Under our experimental conditions, it would thus be possible to reduce the salt content in cooked ham to 0.8% without affecting cooking yield and adhesion. A model was built to predict the cooking loss in low salted pork meat and microbial safety after the thermal treatment. This model was used to predict the cooking yield and the pasteurizing value during different scenarios issued from the industries. Model can be used to optimize the industrial production of cooked ham which has been slightly salted.

Pour répondre à un enjeu de santé publique, les entreprises de charcuterie ont fortement réduit la teneur en sel dans leurs produits cuits. Cette thèse avait pour objectif d'apporter des éléments scientifiques qui permettent de répondre à la question suivante : jusqu'où est-il possible de diminuer la teneur en sel sans affecter la qualité du jambon cuit supérieur fabriqué sans polyphosphate ? Le travail s'est intéressé au traitement thermique et à deux phénomènes clés pour la qualité du jambon cuit : l'adhésion entre les muscles, qui permet d'assurer ensuite la tenue de tranche, et le transfert de masse qui définit le rendement à la cuisson de l'opération. L'adhésion de deux pièces de viande est liée à la formation d'un limon qui gélifie lors du traitement thermique. Notre étude confirme que la présence d'une faible teneur en sel améliore significativement l'adhésion. Par contre, dès que la concentration en sel dans la viande dépasse 0,8%, l'adhésion ne varie plus dans les conditions de malaxage imposées. Les résultats ont été interprétés par le fait que l'augmentation de la teneur en sel n'était pas suffisante pour modifier l'état de liaison entre le gel et la surface de la viande, là où se situerait la rupture. L'étude sur les transferts de masse confirme que la présence de sel entraîne une diminution des pertes de poids à la cuisson. Mais, dès que du sel est ajouté, l'effet de sa concentration sur la perte de poids est négligeable. Ainsi, dans nos conditions expérimentales, il serait possible de réduire la teneur en sel dans le jambon cuit jusqu'à 0,8% sans affecter le rendement de l'opération et l'adhésion. Un modèle a été développé afin de prédire, d'une part, les pertes de poids à la cuisson de produits faiblement salés et, d'autre part, leur sécurité microbiologique à l'issue du traitement thermique. Le modèle a permis de prédire l'effet des différents scenarii de fabrication sur le rendement et la valeur pasteurisatrice. Il pourra être utilisé pour optimiser la fabrication de produits de charcuterie cuite à faible teneur en sel.

Le nitrite est un ingrédient essentiel à la fabrication du jambon cuit, pourtant les risques sanitaires dont il est accusé remettent en question son utilisation. L’emploi de cet unique additif permet de remplir de nombreuses fonctions comme la protection antioxydante et antimicrobienne mais aussi le développement de la couleur et de l’arôme. C’est sur cette dernière fonction que ce travail de thèse s’est focalisé avec pour objectif la suppression du nitrite dans la fabrication du jambon cuit. La mise en œuvre de plusieurs techniques complémentaires de chromatographie en phase gazeuse couplées à l’olfactométrie a permis dans une première partie d’identifier le 2-methyl-3-furanthiol, 2-methyl-3-(methyldithio)furan, et le bis(2-methyl-3-furyl)disulfide comme les molécules soufrées responsables de l’arôme du jambon cuit. Il est apparu qu’en l’absence de nitrite et par conséquent en absence de protection antioxydante, les composés odorants issus de l’oxydation sont produits massivement et ont tendance à perturber l’arôme global du jambon cuit. Afin de restaurer l’arôme en l’absence de nitrite, l’étude a été organisée selon 2 axes : le premier visant à favoriser la production des molécules soufrées clés de l’arôme et le second visant à limiter la formation des composés d’oxydation perturbateurs de l’arôme grâce à l’utilisation d’antioxydants naturels. Les recherches ont été conduites sur des mini-jambons cuits modèles. La thiamine a été identifiée comme précurseur majoritaire du 2-methyl-3-furanthiol, du 2-methyl-3-(methyldithio)furan, et du bis(2-methyl-3-furyl)disulfide dans les conditions de fabrication du jambon cuit et des extraits d’acérola, de canneberge, d’oignon et de thé ont été sélectionnés pour leurs propriétés antioxydantes. L’évaluation en parallèle de l’oxydation et de l’arôme a montré que ces quatre extraits utilisés en mélange permettaient, non seulement d’égaler les performances antioxydantes du nitrite, mais aussi de rehausser la note aromatique « jambon cuit » par rapport à la formulation non nitritée de référence. L’association de la thiamine et des extraits végétaux a finalement permis de réaliser des jambons non nitrités qui, en termes d’arôme et d’oxydation, se rapprochent fortement d’un jambon nitrité. Les formulations réalisées constituent donc une première piste satisfaisante pour répondre à la problématique de la suppression du nitrite dans le jambon cuit. La protection antimicrobienne des nouvelles formulations doit être validée et la restauration de la couleur rose du jambon demeure une problématique organoleptique. / Sodium nitrite is an essential ingredient in the cooked ham production process, yet its use is under challenge due to food safety concerns. Sodium nitrite is a multifunctional additive used for its ability to act on several fronts—from inhibiting oxidation and preventing microbial growth to giving desirable colour and aroma. This study focused on the aroma function under a wider objective to reduce nitrite use in cooked ham processing. Using several complementary methods with gas chromatography–olfactometry, we first identified 2- methyl-3-furanthiol, 2-methyl-3-(methyldithio)furan and bis(2-methyl-3-furyl)disulfide as the odour- active sulphur-compounds responsible for cooked ham flavour. It emerged that in the absence of nitrite—and therefore the absence of inhibited oxidation—the massive formation of an array of odour-active compounds produced by oxidative breakdown tended to disrupt the overall aroma of the final cooked ham. Next, in an effort to restore this aroma in the absence of nitrite, the study was organized into two strands, where the first strand aimed to promote the production of key aroma-active sulphur-compounds while the second strand aimed to minimize the formation of aroma-disruptive oxidation compounds by using natural antioxidants. This research was led on model cooked mini-hams. We identified thiamine as the major precursor of 2-methyl-3-furanthiol, 2-methyl-3-(methyldithio)furan and bis(2-methyl-3-furyl)disulfide under cooked ham production conditions, and we selected acerola, cranberry, onion and tea extracts as natural antioxidants. The coupled evaluations of oxidation and aroma showed that the formulated mixture of these four extracts not only equalled the antioxidant performances of added sodium nitrite but also lifted the “cooked ham” head note compared to the reference no-added-nitrite formulation. The association of thiamine and vegetal extracts ultimately made it possible to produce no-added-nitrite hams that, in terms of aroma and oxidation levels, proved almost identical to nitrite-added ham. The engineered formulations thus offer a good research track to suppress the sodium nitrite in cooked ham. The problem of how to restore the distinctive pink colour of cooked ham is an issue that remains to be resolved, and the ability of these new formulations to inhibit microbial growth needs to be validated.

L'authenticité et la traçabilité des aliments gagnent un intérêt croissant au cours de la dernière décennie puisque la connaissance de la provenance des aliments est considérée comme une garantie supplémentaire de leur qualité. Les consommateurs ont également des inquiétudes et des préoccupations par l'origine de la nourriture qu'ils consomment car divers produits sont sujets à l'adultération ou à la fausse dénomination. L'intérêt accru à l’égard de la protection des consommateurs et de la lutte antifraude ont entraîné un accroissement de la recherche scientifique appliquée et le développement d'outils efficaces pour contrôler l'authenticité des produits alimentaires. Entre techniques analytiques appliquées à l'authenticité et à la traçabilité des aliments, les méthodes les plus prometteuses sont basées sur les empreintes d'éléments lourds mesurées par la spectroscopie atomique. La spectrométrie de masse à multicollection à couplage à plasma induit (MC-ICP-MS) est reconnue comme la méthode optimale pour effectuer des mesures de haute précision de nombreux éléments du tableau périodique en contrôlant simultanément les rapports entre leurs isotopes stables. Cette étude présente une nouvelle stratégie analytique basée sur des isotopes stables non-traditionnels combinés avec des éléments traces déterminés par ICP-MS. Les avantages de combiner les informations de deux systèmes isotopiques, l'un traçant le sol (Sr), et l'autre traçant la pollution environnementale ambiante (Pb), ont permis d'obtenir de nouvelles informations exceptionnelles sur la traçabilité et l'authenticité des matrices alimentaires sélectionnées : vins de Bordeaux, jambons secs et thé. En utilisant des techniques analytiques complémentaires telles que les empreintes des élémentaires traditionnelles, la spécification régionale, ainsi que le traçage du processus de préparation des aliments sont possibles. Traitée par la chimiométrie, cette approche analytique constitue un nouvel outil efficace et prometteur pour détecter des fraudes alimentaires, y compris l’imitation de produits de grande valeur, l’étiquetage erroné et la substitution par des produits moins cher. / Food authenticity and traceability have received an increasing interest during the last decade since the knowledge of food provenance is regarded as an additional warranty of its quality. The world's globalization brought to the consumers is more and more concerned with the origin of the food they eat because various products are subjected to adulteration or false denomination. The augmentative interest in anti-fraud and consumer protection has led to the extension of scientific research and development of effective tools of food authenticity control. Among the analytical technics applied to food authenticity and traceability, one of the most rapidly developing and promising method is based on fingerprinting of heavy elements detected by atomic spectroscopy. The multicollection inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS) is recognized as a method of choice for the high precision measurement of numerous elements of the periodic table as well as ratios of their stable isotopes. This study present a new analytical strategy based on combined non-traditional stable isotopes and trace elements determination by ICP-MS. The benefits of combining information from two isotopic systems, one tracing the soil (Sr), and the other tracing environmental ambient pollution (Pb), allowed to obtain an exceptional new information about traceability and authenticity of selected food matrixes: prestigious Bordeaux wines, dry-cured hams and tea. Using complementary analytical techniques such as traditional elemental fingerprinting, the regional specification, as well as tracing of the food preparation process are possible. When combined with chemometrics, these analytical advances constitute an efficient and promising tool to detect food frauds, including adulteration of high value products with cheaper substitutes, forgery and falsification.