Trois dispositifs expérimentaux (cylindres accolés, salage à sec, cellule de séchage) ont été utilisés pour générer des profils de teneurs en eau et en chlorure de sodium (NaCl) dans des gels (gélatine, mélanges amidon/gélatine) à 10 et 20 °C. Ces profils ont été mesurés par analyses chimiques après découpe de tranches de gel d'épaisseurs 1 et 5 mm. Dans le cas du séchage, un dispositif original a permis de maintenir la température du gel constante et de faire varier la densité de flux d'eau évaporée de 0,00003 à 0,0003 kg d'eau par mètre carré et par seconde. Dans cette gamme, aucun effet d'entraînement du sel par l'eau n'a pu être mise en évidence. Les diffusivités apparentes ont été estimées soit en appliquant un traitement direct aux profils mesurés soit par identification avec un modèle de transfert couplé eau-sel qui tient compte de la rétraction du gel. Le traitement direct ne nécessite aucune hypothèse sur la forme de la relation D=f(X) ; il peut être appliqué à des profils constitués d'un nombre limité de mesures - environ 10 - grâce à un lissage par un réseau de neurones. Les deux méthodes ont fourni des estimations concordantes des diffusivités apparentes de l'eau et des chlorures. Elles ne dépendent ni de la force du gel (Bloom) ni de la composition du gel anhydre (ratio amidon/gélatine). Celle des chlorures est relativement constante et inférieure à la diffusivité mutuelle sel-eau. Celle de l'eau dépend de la teneur en eau initiale du gel, diminue avec la diminution de la teneur en eau en déshydratation mais augmente en réhydratation. L'ajout du chlorure de sodium provoque une augmentation de la diffusivité apparente de l'eau d'un facteur 10.

L'application du procédé de Déshydratation-Imprégnation par Immersion (DII) dans des solutions ternaires (eau, NaCl, sirop de glucose) à basse température a été proposée pour la transformation de la viande de dinde. La connaissance des propriétés des solutions utilisées conjuguée à celle des transports de matière entre le produit et la solution ont permis de dégager un domaine d'applications rationnelles du procédé de DII à la viande de dinde, en fonction des caractéristiques finales du produit transformé souhaité. Afin de s'affranchir en partie de la lenteur des mécanismes diffusifs qui régissent les transports de matière en DII et également d'élargir la gamme potentielle des produits pouvant être obtenus par immersion de viande de volaille dans des solutions concentrées, le procédé d'Immersion sous Vide Pulsé dans une solution saturée en sel a été proposé. Il s'agit d'immerger le produit dans une solution et de le soumettre à un traitement alternant des phases sous pression résiduelle et des phases à pression atmosphérique. L'IVP a pour effet une forte augmentation du gain en sel et une diminution de la perte en eau, ce qui a pour conséquence une augmentation du rendement massique. Les principales variables de commande de ce procédé ont été identifiées et leurs effets sur les transports de matière ont été quantifiés. Cette étude a montré l'importance de la structure de la viande et de la présence de gaz occlus et/ou dissous dans la viande. Les essais conduits sur viande et sur gels modèles ont permis de proposer un modèle de représentation des phénomènes intervenant dans les transports de matière en IVP. Ainsi, le traitement sous vide permet-il de dégazer les pores de la viande et la remise à pression atmosphérique se traduit par une infiltration de solution dans ces pores, les gaz encore présents dans ces pores étant alors comprimés. Cette infiltration se traduit également par une augmentation de la surface d'échanges entre la viande et la solution. Cependant, la solution infiltrée est très rapidement diluée et cette dilution diminue notablement, voire inverse, les transports d'eau. Enfin, le séquençage des opérations de DII et/ou d'IVP a été proposé pour obtenir plus rapidement certains produits et pour formuler d'autres produits, impossibles à obtenir par DII dans des conditions satisfaisantes.

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.

Une caractéristique nutritionnelle peu connue des fromages est leur potentiel acidifiant, qui se révèle au cours du métabolisme et, à long terme, est susceptible d’induire des effets délétères sur la santé du consommateur. Malgré des conséquences physiopathologiques bien connues, très peu d’études se sont intéressées au potentiel acidifiant/alcalinisant des aliments et aucune à celui des fromages. L’objectif principal était d’évaluer d’une part le potentiel acidifiant des fromages et identifier ses déterminants au cours de la fabrication et d’autre part d’explorer des stratégies d’optimisation technologique permettant de réduire le potentiel acidifiant des fromages, tout en assurant leurs qualités gustatives. Le potentiel acidifiant a été évalué sur la base de l’indice PRAL (Potential Renal Acid Load, en tenant compte des teneurs en protéine, P, Cl, Na, K, Mg et Ca) et de la teneur en anions organiques (lactate et citrate). Dans un premier temps, l’étude du potentiel acidifiant de cinq types de fromages du commerce a permis d’établir un lien fort entre le type du fromage et son potentiel acidifiant. L’indice PRAL le plus faible est celui du fromage frais avec - 0,8 mEq/100 g, les indices les plus élevés atteignant 25,3 mEq/100 g pour le fromage à pâte pressée non-cuite (Cantal) et 28,0 mEq/100 g pour le fromage à pâte persillée (Fourme d’Ambert). Ce positionnement a ainsi permis de sélectionner un modèle fromage pour la suite des travaux : la Fourme d’Ambert. Dans une seconde phase, l’égouttage et le salage ont été identifiés comme les deux étapes technologiques déterminantes dans la génération du potentiel acidifiant du modèle fromage choisi, au cours de la transformation fromagère, suivie en milieu industriel. Ces études démontrent un déséquilibre important entre les éléments acidifiants (Cl, P, protéines) et les éléments alcalinisants majeurs (Na et Ca) du PRAL. En particulier, les Cl suivis par le P, ont exercé un très fort impact expliquant les indices élevés obtenus. Enfin, une substitution du NaCl par des sels organiques de calcium (lactate et citrate de Ca) a été testée en conditions industrielles pendant le salage à sec de la Fourme d’Ambert. Les deux sels ont montré un réel intérêt pour substituer partiellement le sel des fromages, sans affecter les propriétés sensorielles des produits finis et notamment les saveurs salée et amère. La substitution au lactate de Ca permettrait d’optimiser le potentiel acidifiant des fromages, en diminuant le PRAL et la teneur en Na et en augmentant la teneur en lactate. La substitution au citrate de Ca serait plutôt indiquée dans le cadre d’un enrichissement en Ca. En conclusion, ces études ont permis d’identifier les leviers à maîtriser pour réduire le potentiel acidifiant des fromages. L’approche adoptée a proposé la mise en application d’un concept connu principalement des nutritionnistes jusqu’ici dans les domaines de la biochimie et de la technologie alimentaires. Les perspectives d’innovation envisagées sont pertinentes avec les enjeux de santé publique actuels, en visant la réduction en Na dans les fromages et en participant à la limitation de l’acidose métabolique latente induite par les régimes occidentaux. Enfin, les retombées économiques de ces recherches sont prometteuses pour les filières fromagères. / A disregarded nutritional feature of cheeses is their acid-forming potential when ingested, associated with deleterious effects for consumers’ health. Despite the well-known pathophysiological consequences, very few studies investigated the acidifying/alkalizing potential of foods and especially, none targeted cheeses. The research project aimed on the one hand to evaluate the acid-forming potential of cheeses and identify the main key steps of the manufacture involved in this phenomenon and on the other hand to explore technological optimization strategies to reduce the acid-forming potential of cheeses, without altering their sensory properties. The acid-forming potential was evaluated on the basis of their Potential Renal Acid Load (PRAL) index (considering protein, P, Cl, Na, K, Mg and Ca contents) and organic anions contents (lactate and citrate). Firstly, the study of the acid-forming potential of five commercial cheeses from different cheese-making technologies established a strong link between the type of cheese and their acid-forming potential. PRAL index ranged from - 0.8 mEq/100 g for fresh cheese to 25.3 mEq/100 g for hard cheese (Cantal) and 28.0 mEq/100 g for the blue-veined cheese Fourme d’Ambert. This positioning allowed to select Fourme d'Ambert as model cheese for next steps. Secondly, draining and salting were identified as the main key steps responsible for the generation of the acid-forming potential of the model cheese, by following an industrial cheese-making process. These studies emphasized a great imbalance between acidifying elements of PRAL calculation (Cl, P and proteins elements) and alkalinizing ones (Na and Ca). Particularly, Cl followed by P elements had a strong impact on the PRAL value. Finally, the salt substitution with organic calcium salts (calcium lactate and calcium citrate) was tested under industrial conditions during the dry salting of Fourme d'Ambert cheese. Both salts showed a real nutritional interest to partially replace salt in cheese, without affecting their sensory properties and especially the salty and the bitter flavors. The salt substitution by calcium lactate could reduce the acid-forming potential of cheeses, by decreasing the PRAL and the sodium content and by increasing the lactate content. The calcium citrate substitution would rather be recommended for Ca enrichment of cheeses. As a conclusion, these studies allowed to identify technological solutions to reduce the acid-forming potential of cheeses. The adopted approach proposed the implementation of a concept, known mainly by nutritionists so far, to the biochemistry and the food technology fields. The considered prospects for innovation are relevant with the current public health issues, targeting the reduction of Na in cheeses and participating in the limitation of the Western diets induced metabolic acidosis. Finally, the economic benefits of this research are promising for cheese-making producers.