Etude des transferts de petites molécules au travers des films comestibles encapsulant des substances actives (arômes), Study of small molecules transfers through edible films encapsulating active substances (aroma compounds)

Alicia Mercado

Description

Sous la direction de Frédéric Debeaufort
Thèse soutenue le 16 septembre 2010: Dijon
Ce travail de thèse avait pour objectif de mieux comprendre l’influence de l’incorporation d’une molécule active (arôme) et/ou de particules lipides sur la structure et les propriétés physico-chimiques de matrices filmogènes à base d'iota-carraghènane ou d'alginate de sodium. La microstructure, la granulométrie de l'émulsion filmogène, les caractéristiques thermiques et mécaniques des films ont été étudiées en présence ou non de n-hexanal. Les propriétés de transfert de ces films ont été appréhendées grâce aux mesures de perméabilité à l'oxygène, à la vapeur d'eau et à l'eau liquide, au n-hexanal et au D limonène à l'état vapeur et liquide et à 6 autres composés d'aromes (esters d'éthyle, cétone et alcools). L'ajout de n-hexanal dans la matrice d'iota-carraghènane modifie le processus de gélification ce qui induit la formation d'une microstructure plus homogène mais ayant une résistance mécanique moindre, augmente la perméabilité à la vapeur d'eau mais diminue légèrement celle de l'hexanal. Quant aux films d'alginate, ils sont peu sensibles à la présence de n-hexanal. Cette différence de comportement est attribuée aux interactions entre la fonction aldéhyde de l'arôme et les groupes OH et sulfate du carraghènane qui perturbent la formation des hélices lors de la gélification. L'organisation du gel d'alginate en boite à œuf lui confère une plus grande stabilité. L'ajout de lipide permet de diminuer la sorption et la perméabilité à la vapeur d'eau des matrices filmogène. En présence de la matière grasse, l'hexanal se comporte comme un émulsifiant et semble être localisé en surface des globules en augmentant la finesse et la stabilité des émulsions filmogènes. Les paramètres cinétique (diffusivité) et thermodynamique (sorption) ont été mesurés pour mieux caractériser les mécanismes impliqués dans le transfert Enfin, le paradoxe de Schroeder, correspondant à la différence de flux selon l'état physique de la molécule diffusante, a été observé et expliqué pour l'eau dans les films d'alginate et pour l'hexanal dans les films de carraghènanes.
-Films comestibles
-Iota-carraghènane
-Composés d’arôme
-Encapsulation
The aim of this work was a better understanding of the effect of the aroma and/or lipid particles incorporation on the structure and physico-chemical properties of film-forming matrices based on iota-carrageenan or sodium alginate. Microstructure, emulsion granulometry, thermal and mechanical properties were assessed as a function of n-hexanal and/or lipid presence. Barrier efficiencies to water, n-hexanal and D-limonene at liquid and vapour states, and to 6 other aroma vapours (ethyl esters, alcohols, keton) have been measured. When n-hexanal is added in the carrageenan matrix, it modifies the gelation process which induces a more homogeneous structure but a lower mechanical resistance, a higher permeability to water and n-hexanal but slightly decreases that to oxygen. On the contrary, the aroma compound introduction does not affect so much the alginate film characteristics. This behaviour difference is due to the interaction between aldehyde group of the aroma compound and OH and sulphate groups of the carrageenans which disturbs the helix formation during gelation. The organisation of the alginate network as an egg box makes it more stable which explain it lower sensitivity to the aroma addition. When lipids are added, both sorption and water vapour permeability and the mechanical properties are reduced. The n-hexanal acts as an emulsifier by improving the emulsion droplet size and preventing the aggregation. Indeed, the aroma compound seems to be localised at the lipid particle surface. Kinetic (diffusivity) and thermodynamic (sorption coefficient) were measured or estimated to better characterise the aroma and moisture transfers through the hydrocolloid based films. Finally, discrepancy between liquid and vapour transfer rate measured for the same activity gradient (= Schroeder paradox), was observed for water through alginate films and for n-hexanal through carrageenan films. This was attributed to swelling and partial solubilisation of film components in the diffusing substance.
Source: http://www.theses.fr/2010DIJOS019/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 27
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

UNIVERSITE DE BOURGOGNE

Equipe EMMA EA 581-IUVV Institut Jules Guyot


THESE

Pour obtenir le grade de

Docteur de l’Université de Bourgogne

Discipline : Science des Aliments

par

Alicia HAMBLETON

Présentée et soutenue publiquement de 16 Septembre 2010 à Dijon


Etude des transferts des petites molécules au travers
des films comestibles encapsulant des substances
actives (arôme)

Directeur de Thèse :

Professeur Frédéric DEBEAUFORT.



JURY:

Madame Violette DUCRUET INRA-Massy Rapporteur
Monsieur Stéphane DESOBRY ENSAIA – INPL. Nancy Rapporteur
Monsieur Jesùs Alberto QUEZADA-GALLO Univ. Ibero-Americana Examinateur
Madame Andrée VOILLEY AGROSUP Dijon Examinateur
Monsieur David CHASSAGNE Univ. Bourgogne Président
Monsieur Frédéric DEBEAUFORT Univ. Bourgogne Directeur de Thèse
Résumé - Abstract

Résumé
Ce travail de thèse avait pour objectif de mieux comprendre l’influence de l’incorporation d’une
molécule active (arôme) et/ou de particules lipides sur la structure et les propriétés physico-
chimiques de matrices filmogènes à base d'iota-carraghènane ou d'alginate de sodium. La
microstructure, la granulométrie de l'émulsion filmogène, les caractéristiques thermiques et
mécaniques des films ont été étudiées en présence ou non de n-hexanal. Les propriétés de transfert
de ces films ont été appréhendées grâce aux mesures de perméabilité à l'oxygène, à la vapeur
d'eau et à l'eau liquide, au n-hexanal et au D limonène à l'état vapeur et liquide et à 6 autres
composés d'aromes (esters d'éthyle, cétone et alcools).
L'ajout de n-hexanal dans la matrice d'iota-carraghènane modifie le processus de gélification ce qui
induit la formation d'une microstructure plus homogène mais ayant une résistance mécanique
moindre, augmente la perméabilité à la vapeur d'eau mais diminue légèrement celle de l'hexanal.
Quant aux films d'alginate, ils sont peu sensibles à la présence de n-hexanal. Cette différence de
comportement est attribuée aux interactions entre la fonction aldéhyde de l'arôme et les groupes
OH et sulfate du carraghènane qui perturbent la formation des hélices lors de la gélification.
L'organisation du gel d'alginate en boite à œuf lui confère une plus grande stabilité. L'ajout de
lipide permet de diminuer la sorption et la perméabilité à la vapeur d'eau des matrices filmogène.
En présence de la matière grasse, l'hexanal se comporte comme un émulsifiant et semble être
localisé en surface des globules en augmentant la finesse et la stabilité des émulsions filmogènes.
Les paramètres cinétique (diffusivité) et thermodynamique (sorption) ont été mesurés pour mieux
caractériser les mécanismes impliqués dans le transfert Enfin, le paradoxe de Schroeder,
correspondant à la différence de flux selon l'état physique de la molécule diffusante, a été observé
et expliqué pour l'eau dans les films d'alginate et pour l'hexanal dans les films de carraghènanes.

Abstract
The aim of this work was a better understanding of the effect of the aroma and/or lipid
particles incorporation on the structure and physico-chemical properties of film-forming
matrices based on iota-carrageenan or sodium alginate. Microstructure, emulsion
granulometry, thermal and mechanical properties were assessed as a function of n-hexanal
and/or lipid presence. Barrier efficiencies to water, n-hexanal and D-limonene at liquid and
vapour states, and to 6 other aroma vapours (ethyl esters, alcohols, keton) have been
measured.
When n-hexanal is added in the carrageenan matrix, it modifies the gelation process which
induces a more homogeneous structure but a lower mechanical resistance, a higher
permeability to water and n-hexanal but slightly decreases that to oxygen. On the contrary,
the aroma compound introduction does not affect so much the alginate film
characteristics. This behaviour difference is due to the interaction between aldehyde group
of the aroma compound and OH and sulphate groups of the carrageenans which disturbs
the helix formation during gelation. The organisation of the alginate network as an "egg
box" makes it more stable which explain it lower sensitivity to the aroma addition. When
lipids are added, both sorption and water vapour permeability and the mechanical
properties are reduced. The n-hexanal acts as an emulsifier by improving the emulsion
droplet size and preventing the aggregation. Indeed, the aroma compound seems to be
localised at the lipid particle surface. Kinetic (diffusivity) and thermodynamic (sorption
coefficient) were measured or estimated to better characterise the aroma and moisture
transfers through the hydrocolloid based films. Finally, discrepancy between liquid and
vapour transfer rate measured for the same activity gradient (= Schroeder paradox), was
observed for water through alginate films and for n-hexanal through carrageenan films.
This was attributed to swelling and partial solubilisation of film components in the diffusing
substance.
III Remerciements


REMERCIEMENTS

Ce travail a été réalisé au laboratoire Eau-Macromolécules-Molécules Actives (EMMA) de l’Université
de Bourgogne. Ce doctorat a été possible grâce au soutien du Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnologìa (CONACyT) du Mexique.

Tout d’abord je tiens à remercier Monsieur Philippe CAYOT, directeur du laboratoire EMMA, de
m’avoir accueillie au sein de l’équipe.

De même, je remercie Madame Andrée VOILLEY, Professeur à Agrosup Dijon, de m’avoir acceptée
dans son équipe (IMSAPS) en tant que directrice puis par la suite pour tous ses conseils, son
expérience et surtout son enthousiasme qui on fait de cet apprentissage scientifique un
apprentissage de vie.

J’adresse mes remerciements à Monsieur Frédéric DEBEAUFORT, Professeur à l’IUT, qui a encadré
cette thèse, pour sa patience, sa bonne humeur, son sens de la responsabilité et son soutien
permanent qui on fait de ce doctorat une expérience très enrichissante et qui a rendu possible la fin
heureuse de mes études en France.

Je remercie, Madame Violette DUCRUET et Monsieur Stéphane DESOBRY pour avoir accepté de
jugez ce travail en tant que rapporteurs.

J’adresse mes plus vifs remerciements à Monsieur Jesùs Alberto QUEZADA-GALLO, Professeur à
l’Universidad Iberoamericana du Mexique pour m’avoir initié et m’avoir accompagné du début à la
fin dans cette aventure et qu’il sache l’honneur qu’il me fait d’examiner ce travail de thèse.

Je suis également très reconnaissant de Monsieur David CHASSAGNE, Professeur à l’Institut
Universitaire de la Vigne et du Vin pour avoir accepté de faire partie de mon jury de thèse.

Mes remerciements s’adresse également à Mesdames Gaëlle ROUDAUT, Dominique CHAMPION,
Bernadette ROLLIN qui ont collaboré aux études concernant l’analyse enthalpique différentielle et la
mesure des isotherme d’eau et à Messieurs Thomas KARBOWIAK et Laurent BENEY qui m’ont aidé
pour l’analyse de la Spectroscopie infrarouge.

I Remerciements

Mes remerciements vont aussi à mes collègues thésardes, certains déjà docteurs et d’autres sur la
bonne voie de le devenir et plus spécialement mes collègues espagnoles Ma.José, Nuria et Ruth
pour leur amitiée, pour la bonne ambiance de travail et pour les bons moments partagées.
Finalmente pero no menos importante, quiero agradecer a mi familia : a mis papas, mis hermanas
(Magos y Pau), mi hermano (Kike), mis sobrinas (mis princesas), mis sobrinos (mis principitos) y mis
amigos que desde México han sido pacientes y me han dado su apoyo todos estos años, ainsi que
ma petite famille « française » Claude, Elisabeth, Joe pour m’avoir accueilli avec un sourire et les bras
grands ouvertes dés le première jour, et spécialement a Vince, mon ange, avec qui j’ai partagé les
moments le plus importants ces dernières années. A tous, un très grand merci de tout mon cœur.
GRACIAS
II Sommaire


SOMMAIRE


REMERCIEMENTS I
RESUME – ABSTRACT II
SOMMAIRE
LISTE DES FIGURES VI
LISTE DES TABLEAUX X
LISTE DES PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS XII
LISTE DES ANNEXES XII